خوردگی زیر{0}رسوبی (UDC) یک حمله الکتروشیمیایی موضعی است که سطوح مبدل حرارتی فولاد ضد زنگ را در زیر رسوبات انباشته شده-، سیلت، بیوفیلم یا محصولات خوردگی تخریب میکند.
تخمین زده می شود که UDC حدود 10 تا 20٪ از خرابی های مبدل حرارتی در صنایع فرآیندی را شامل می شود که در صورت عدم درمان، زمان معمول{2}}تا-شکست بین 6 تا 24 ماه متغیر است.
سه علت اصلی اصلی عبارتند از: سلول های غلظت اکسیژن، غنی شدن کلرید در زیر رسوبات، و اسیدی شدن موضعی (افت pH).
پیشگیری نیاز به یک استراتژی ترکیبی دارد: انتخاب آلیاژ ارتقا یافته (به عنوان مثال،آلیاژ 625, C276، شیمی آب کنترل شده، تمیز کردن شیمیایی برنامه ریزی شده هر 3 تا 6 ماه، و نظارت بر سپرده آنلاین.

معیارهای کلیدی در یک نگاه
|
متریک |
ارزش |
|
سهم UDC از خرابی مبدل های حرارتی |
10-20٪ از همه شکست ها |
|
زمان معمول تا شکست (درمان نشده) |
6-24 ماه |
|
آستانه دما برای UDC شتاب |
>60 درجه (140 درجه فارنهایت) |
|
سطح کلرید برای تجزیه فیلم غیرفعال در زیر رسوبات |
>200 پی پی ام |
|
کاهش هزینه با برنامه نگهداری پیشگیرانه |
تا 70% |
|
آلیاژهای ترجیحی برای خدمات ذخیره{0}کلرید بالا |
آلیاژ 625 / C-276 |
|
ضریب عمر مفید (آلیاژ نیکل در مقابل. 316L) |
5–10× |
خوردگی زیر-در مبدل های حرارتی فولاد ضد زنگ چیست؟
|
نتیجهگیری: خوردگی زیر رسوبی یک حمله الکتروشیمیایی موضعی است که بر روی سطوح فولاد ضد زنگ در زیر رسوبات انباشته شده-مانند رسوب، سیلت، مواد بیولوژیکی یا محصولات خوردگی-که در آن لایه غیرفعال اکسید کروم توسط یک ریزمخاطره{3}} در معرض خطر قرار میگیرد، رخ میدهد. |
فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر خوردگی خود را از یک لایه نازک{0}} اکسید کروم خود ترمیم شونده (Cr2O3) منفعل بدست می آورد که هنگام قرار گرفتن در معرض اکسیژن روی سطح ایجاد می شود. این لایه تنها 2 تا 3 نانومتر ضخامت دارد-تقریباً 10000 بار نازکتر از موی انسان-، اما معمولاً در اکثر محیطهای آبی از خوردگی جلوگیری میکند.
هنگامی که رسوبات روی سطوح لوله مبدل حرارتی جمع می شوند، فلز زیرین را از سیال توده محافظت می کنند. در زیر رسوبات، یک جیب کوچک از آب راکد تشکیل می شود. این جیب نمی تواند به سرعت سطح اطراف اکسیژن را دوباره پر کند و نمی تواند کلریدهای محلول، اسیدها یا محصولات جانبی متابولیک را دفع کند. نتیجه یک محیط کوچک- است که در آن مکانیسم های ترمیم طبیعی فیلم غیرفعال از کار می افتند.
به آن مانند چسبی-که برای مدت طولانی روی پوست مرطوب باقی مانده است فکر کنید. پوست زیرین مرطوب، گرم و جدا از هوا می ماند-و شرایط ایده آلی برای تحریک ایجاد می کند. به طور مشابه، رسوب رطوبت و مواد شیمیایی تهاجمی را بر روی سطح فولاد ضد زنگ به دام می اندازد، در نهایت لایه غیرفعال را می شکند و باعث از بین رفتن سریع و موضعی فلز می شود.
چرا خوردگی زیر رسوبی زیر-در زیر رسوبات رخ می دهد؟
|
نتیجهگیری: رسوبات سه میکرو{0}}محیط-منطقه خالی-اکسیژن-منطقههای تخلیه شده{2}}کلرید{3}}و ناحیه اسیدی{4}} مجزا ایجاد میکنند که هر کدام به طور مستقل به فیلم غیرفعال فولاد ضد زنگ حمله میکنند و انحلال موضعی فلز را تسریع میکنند. |
مکانیسم خوردگی زیر رسوبی را می توان از طریق سه فرآیند متقابل درک کرد. هر فرآیند به تنهایی می تواند به فولاد ضد زنگ آسیب برساند. آنها با هم، یک حمله هم افزایی ایجاد می کنند که به طور چشمگیری عمر تجهیزات را کوتاه می کند.

سلول غلظت اکسیژن (هوادهی دیفرانسیل)
هنگامی که یک رسوب تا حدی یک سطح را می پوشاند، اکسیژن از آب عمده به مناطق باز می رسد اما به مناطق پوشیده نمی شود. این یک سلول الکتروشیمیایی ایجاد می کند: سطح غنی از اکسیژن-به عنوان کاتد عمل می کند (جایی که کاهش رخ می دهد) و اکسیژن-ناحیه ضعیف زیر رسوب به آند تبدیل می شود (جایی که فلز حل می شود). یونهای فلزی با سرعتی سریع به محلول زیر رسوب میروند.
غنی سازی کلرید
یون های کلرید (Cl-) در آب حجیم از طریق فرآیندی به نام انتقال الکتروفورتیک به سمت ناحیه آندی در زیر رسوب مهاجرت می کنند. با گذشت زمان، غلظت کلریدها به مقدار بسیار فراتر از مقدار موجود در مایع حجیم{1}}گاهی 10 تا 50 برابر بیشتر می شود. کلریدها به خصوص تهاجمی هستند زیرا از طریق فرآیندی به نام انحلال ترانسپاسیو در لایه غیرفعال اکسید کروم نفوذ کرده و مختل می کنند و باعث ایجاد حفره می شوند.
اسیدی شدن موضعی (افت pH)
همانطور که فلز در زیر رسوب حل می شود، یون های فلزی محلول (Fe2+، Cr3+، Ni2+) تحت هیدرولیز قرار می گیرند، یون های هیدروژن (H+) را آزاد می کنند و pH محلی را کاهش می دهند. در فضای محدود زیر رسوب، این اسیدی شدن توسط سیال حجیم بافر نمی شود. PH زیر یک رسوب می تواند به 2-3 کاهش یابد، حتی زمانی که pH عمده آب 7-8 باشد. در چنین pH پایین، لایه غیرفعال نمی تواند اصلاح شود و خوردگی به طور تصاعدی تسریع می یابد.
|
مکانیسم |
آنچه در زیر سپرده اتفاق می افتد |
تاثیر بر فیلم منفعل |
|
سلول غلظت اکسیژن |
کمبود اکسیژن؛ منطقه آندی می شود |
فیلم بدون اکسیژن نمیتواند خود-ترمیم شود |
|
غنی سازی کلرید |
Cl-10-50× بالاتر از سطح توده غلیظ می شود |
فیلم نفوذ کرد; حفره آغاز شد |
|
اسیدی شدن موضعی |
pH به دلیل هیدرولیز یون فلزی به 2-3 کاهش می یابد |
فیلم حل می شود؛ خوردگی تسریع می کند |
کدام گریدهای فولاد ضد زنگ بیشتر در برابر خوردگی زیر-رسوبی آسیب پذیر هستند؟
|
Conclusion: Standard austenitic grades 304 and 316 are the most vulnerable to under-deposit corrosion. Progressively better resistance is achieved with super-austenitic grades (904L, AL-6XN), duplex grades (2205, 2507), and nickel-based alloys (Alloy 625, C-276), which offer 5–10× longer service life in aggressive deposit environments. |
مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ در درجه اول توسط عدد معادل مقاومت حفرهای (PREN) تعیین میشود، فرمولی که سه عنصر آلیاژی کلیدی کروم (Cr)، مولیبدن (Mo) و نیتروژن (N) را در بر میگیرد. فرمول رایج مورد استفاده این است:
PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N
PREN بالاتر نشاندهنده مقاومت بیشتر در برابر مکانیسمهای خوردگی موضعی، از جمله خوردگی زیر{0}}رسوبی است. جدول زیر گریدهای رایج فولاد ضد زنگ و آلیاژ نیکل را بر اساس مقاومت PREN و مقاومت نسبی UDC آنها رتبه بندی می کند:
|
درجه آلیاژ |
تایپ کنید |
PREN |
مقاومت UDC |
محیط خدمات معمولی |
|
304 / 304L |
آستنیتی SS |
18–20 |
پایین |
آب شیرین، کم کلرید |
|
316 / 316L |
آستنیتی SS |
24–26 |
متوسط |
آب خنک کننده، < 200 پی پی ام Cl- |
|
904L |
فوق-آستنیتیک |
35 |
خوب |
آب دریا، فرآوری شیمیایی |
|
AL-6XN |
فوق-آستنیتیک |
40+ |
خیلی خوبه |
سرویس{0}کلرید بالا و اسیدی |
|
2205 (S32205) |
دوبلکس |
34–38 |
خوب |
کلرید متوسط، خوردگی تنشی |
|
2507 (S32750) |
سوپر-دوبلکس |
42–46 |
خیلی خوبه |
کلرید، نفت و گاز شدید |
|
آلیاژ 625 |
مبتنی بر Ni- |
47–52 |
عالی |
رسوبات شدید، درجه حرارت بالا |
|
آلیاژ C-276 |
مبتنی بر Ni- |
65+ |
برجسته |
کلرید شدید + اسید |
از نظر عملی، ارتقاء از 316 لیتر به آلیاژ 625 در یک مبدل حرارتی مستعد میتواند عمر مفید را از 1 تا 2 سال به 10 تا 15 سال افزایش دهد. در حالی که هزینه مواد اولیه آلیاژهای نیکل 4 تا 6 برابر بیشتر است،{10}}هزینه چرخه عمر{11}}شامل جلوگیری از خاموش شدن، جایگزینی و تولید از دست رفته-معمولاً 40 تا 60 درصد کمتر است.
چگونه دما و غلظت کلرید تحت{0} خوردگی رسوبی قرار می گیرند؟
|
نتیجهگیری: دماهای بالای 60 درجه همراه با غلظت کلرید بیش از 200 پیپیام در زیر رسوبات، تهاجمیترین شرایط خوردگی رسوبی را با نرخ خوردگی بالقوه بیش از 10 میلیمتر در سال ایجاد میکنند. هر دو عامل از روابط نمایی پیروی می کنند-افزایش 10 درجه می تواند نرخ خوردگی را دو برابر کند. |
دما و غلظت کلرید دو متغیر عملیاتی موثر برای خوردگی زیر رسوب- هستند. اثرات آنها خطی نیست بلکه نمایی است، به این معنی که افزایش کوچک در هر یک از پارامترها می تواند افزایش نامتناسب زیادی در نرخ خوردگی ایجاد کند.

اثر دما
خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که توسط معادله آرنیوس اداره می شود، که بیان می کند که سرعت واکنش تقریباً دو برابر به ازای هر 10 درجه افزایش دما است. در مبدل های حرارتی، رسوب خود به عنوان عایق حرارتی عمل می کند: سطح فلز زیر رسوب داغ تر از سطح تمیز اطراف است زیرا گرما نمی تواند به طور موثر از طریق لایه رسوبی منتقل شود. این بدان معناست که دمای واقعی در محل خوردگی ممکن است 10 تا 20 درجه بالاتر از دمای اندازه گیری شده سیال حجیم باشد.
علاوه بر این، هر گرید فولاد ضد زنگ دارای دمای حفرهای بحرانی (CPT) است-دمایی که در حضور کلریدها حفرهکردن (و به طور گسترده، UDC) بالاتر از آن شروع میشود. برای 316L، CPT در تست استاندارد ASTM G150 تقریباً 15-25 درجه است. برای آلیاژ 625، از 80 درجه فراتر می رود. این توضیح می دهد که چرا مبدل های حرارتی 316L در سرویس آب خنک کننده در 60 درجه نسبت به UDC بسیار حساس هستند، در حالی که واحدهای آلیاژی 625 در همان سرویس اساساً مصون هستند.
اثر غلظت کلرید
در زیر رسوبات، غلظت کلرید محلی با سطح کلرید آب فله یکسان نیست. رسوبات به عنوان موانع نیمه نفوذپذیر عمل می کنند که کلریدها را از طریق تبخیر در سطوح داغ و مهاجرت الکتروفورتیک به سمت مکان های آندی به دام می اندازند و متمرکز می کنند. سطح کلرید آب حجیم 50 ppm می تواند به راحتی تا 500-1000 ppm در زیر رسوب روی سطح لوله داغ متمرکز شود.
غلظت آستانه کلرید برای تجزیه فیلم غیرفعال به آلیاژ PREN، دما و pH بستگی دارد. به عنوان یک دستورالعمل کلی:
|
آلیاژ |
آستانه کلر فله در 25 درجه |
آستانه کلر فله در 60 درجه |
آستانه کلر فله در 80 درجه |
|
304L |
200 پی پی ام |
50 پی پی ام |
< 10 ppm |
|
316L |
1000 پی پی ام |
200 پی پی ام |
50 پی پی ام |
|
904L |
5000 پی پی ام |
2000 پی پی ام |
500 پی پی ام |
|
2507 |
>10000 پی پی ام |
5000 پی پی ام |
2000 پی پی ام |
|
آلیاژ 625 |
مقاوم در برابر آب دریا |
>10000 پی پی ام |
5000 پی پی ام |
توجه: این آستانه ها سطوح تمیز را فرض می کنند. در زیر رسوبات، غلظت مؤثر کلرید در سطح فلز بسیار بیشتر از مقدار توده است، بنابراین محدودیتهای عملیاتی ایمن واقعی باید ضریب 5 تا 10 برای خدمات مستعد رسوب- کاهش یابد.
کدام نوع رسوبات در سیستم های مبدل حرارتی خورنده ترین هستند؟
|
نتیجهگیری: رسوبات کربنات کلسیم، رسوبات اکسید آهن و لجن بیولوژیکی (بیوفیلم) سه نوع رسوب خورنده در مبدلهای حرارتی فولاد ضد زنگ هستند، زیرا به طور همزمان دسترسی اکسیژن، کلریدهای متمرکز و{0}}در مورد بیوفیلمها{1} فرعی متابولیک متابولیک را مسدود میکنند. |
همه رسوبات به یک اندازه خطرناک نیستند. خورندگی یک رسوب به تخلخل، هدایت حرارتی، ترکیب شیمیایی و اینکه آیا از فعالیت میکروبی پشتیبانی می کند، بستگی دارد. جدول زیر رایج ترین انواع رسوبات موجود در مبدل های حرارتی صنعتی را دسته بندی می کند:
|
نوع سپرده |
منبع |
تخلخل |
رتبه خورندگی |
مکانیسم UDC اولیه |
|
مقیاس کربنات کلسیم (CaCO3). |
آب خنک کننده سخت |
پایین |
بالا |
عایق حرارتی + غلظت کلر |
|
اکسید آهن (Fe2O3، Fe3O4) |
محصولات خوردگی |
متوسط |
بالا |
کوپلینگ گالوانیکی + هوادهی دیفرانسیل |
|
بیوفیلم / لجن بیولوژیکی |
رشد میکروبی |
بالا |
بسیار بالا |
تولید اسید + غلظت کلر + MIC |
|
رسوبات سیلیس (SiO2). |
آب سیلیس-بالا |
پایین |
متوسط |
عایق حرارتی + به دام انداختن کلر |
|
سیلت / ذرات معلق |
مواد جامد معلق |
بالا |
متوسط |
سلول های هوادهی تفاضلی |
|
رسوبات سولفات |
باکتری{0}}کاهنده سولفات |
متوسط |
بسیار بالا |
تولید H2S + اسیدی شدن |
بیوفیلم ها: خطرناک ترین نوع رسوب
ذخایر بیولوژیکی مستحق توجه ویژه هستند زیرا به طور فعال مواد شیمیایی خورنده تولید می کنند. باکتریهای کاهنده سولفات (SRB) یونهای سولفات را به سولفید هیدروژن (H2S) تبدیل میکنند که هم اسیدی است و هم مستقیماً به فولاد ضد زنگ خورنده است. باکتریهای مرتبط با آهن (IRB) غلافهای اکسید آهن را رسوب میکنند که سلولهای هوادهی افتراقی ایجاد میکنند. باکتریهای تولیدکننده اسید، اسیدهای آلی تولید میکنند که pH محلی را به 3-4 کاهش میدهد.
بیوفیلم ها همچنین دارای یک خاصیت منحصر به فرد هستند: آنها آبدوست و ژلاتینی هستند، به این معنی که آب را حتی زمانی که سطح اطراف خشک می شود، حفظ می کنند. این باعث میشود که محیط ریز{1}}در زمان خاموش شدن یا دورههای جریان کم، زمانی که دیگر انواع رسوبها خشک میشوند و تهاجمیتر شوند، فعال نگه میدارد.
چگونه خوردگی زیر-رسوبی با خوردگی حفره ای و شکافی متفاوت است؟
|
نتیجهگیری: خوردگی زیر رسوبی مکانیسمهای الکتروشیمیایی را هم با خوردگی حفرهای و هم با خوردگی شکافی به اشتراک میگذارد، اما با این واقعیت مشخص میشود که خود رسوب به طور فعال در فرآیند خوردگی شرکت میکند-با رهاسازی گونههای مهاجم، تمرکز کلریدها، و حمایت از ایجاد فعالیت میکروبی{2}بهجای ایجاد یک مخزن. |

این سه حالت خوردگی اغلب اشتباه گرفته میشوند زیرا آسیبهای موضعی مشابهی ایجاد میکنند و میتوانند به طور همزمان رخ دهند. درک تفاوت ها برای انتخاب استراتژی پیشگیرانه مناسب حیاتی است.
|
ویژگی |
خوردگی حفره ای |
خوردگی شکاف |
زیر-خوردگی سپرده |
|
سایت شروع |
عیوب سطحی تصادفی |
شکاف های هندسی (واشر، دور) |
زیر مواد رسوب شده |
|
نیروی محرکه |
Cl- تجزیه فیلم غیرفعال |
کاهش اکسیژن در شکاف |
شیمی رسوب + کاهش O2 + Cl- |
|
نقش سپرده |
هیچ کدام |
هیچ (فقط هندسه) |
شرکت کننده فعال (یون ها را آزاد می کند، Cl- را به دام می اندازد) |
|
حساسیت به دما |
بالا |
بالا |
بسیار زیاد (عایق های رسوبی) |
|
دخالت MIC |
خیر |
خیر |
بله (بیوفیلم) |
|
دشواری تشخیص |
متوسط |
متوسط |
مشکل (سپرده آسیب را پنهان می کند) |
|
نرخ نفوذ معمولی |
0.5-5 میلی متر در سال |
1-10 میلی متر در سال |
2-20 میلی متر در سال |
وجه تمایز اصلی این است که خوردگی در زیر رسوب{0}شامل یک لایه رسوب فعال شیمیایی است. یک شکاف فلزی ایجاد شده توسط یک واشر یا مفصل لبه، یک منطقه راکد ایجاد می کند اما گونه های شیمیایی جدیدی اضافه نمی کند. در مقابل، یک رسوب ممکن است مواد معدنی محلول را آزاد کند، کلریدها را از طریق تبخیر متمرکز کند، باکتریهایی را که اسید تولید میکنند، ایجاد کند و شیبهای حرارتی ایجاد کند که دمای محلی را افزایش میدهد. این امر UDC را تهاجمی تر و پیش بینی آن را سخت تر از خوردگی شکاف خالص می کند.
علائم هشدار اولیه در مورد خوردگی زیر{0}رسوب چیست؟
|
نتیجهگیری: اولین شاخصهای خوردگی زیر{0}}کاهش راندمان انتقال حرارت، افزایش افت فشار در مبدل و افزایش محتوای آهن در آب خنککننده-که اغلب ماهها قبل از وقوع نشت قابل مشاهده یا خرابی لوله قابل تشخیص است. |
خوردگی زیر{0}}رسوبی موذیانه است زیرا لایه رسوبی آسیب خوردگی را از بازرسی بصری پنهان می کند. در زمان ظاهر شدن نشتی، دیواره لوله ممکن است از قبل سوراخ شده باشد. با این حال، چندین شاخص غیرمستقیم می توانند هشدار اولیه را ارائه دهند:
|
علامت هشدار |
آنچه را نشان می دهد |
روش تشخیص |
زمان سرب معمولی قبل از شکست |
|
کاهش ضریب انتقال حرارت (U-مقدار) |
تجمع رسوب بر روی سطوح لوله |
نظارت بر عملکرد (جریان + دما) |
3-6 ماه |
|
افزایش افت فشار (ΔP) |
کانالهای جریان باریک- را واریز کنید |
گیج های فشار دیفرانسیل |
3-6 ماه |
|
Elevated iron in cooling water (>1ppm) |
خوردگی فعال اجزای فولادی |
آنالیز آب (ICP یا رنگ سنجی) |
2-4 ماه |
|
افزایش رسانایی در آب حلقه بسته |
یون های فلزی محلول در حال تجمع |
مانیتور رسانایی آنلاین |
2-4 ماه |
|
تعداد میکروبی > 104 CFU/mL |
خطر تشکیل بیوفیلم |
تست Dipslide / ATP |
1-3 ماه |
|
افزایش دمای دیواره لوله محلی |
اثر عایق سپرده |
ترموگرافی مادون قرمز |
2-4 ماه |
اپراتورهای نیروگاه باید مقادیر پایه را برای هر پارامتر در طول عملیات تمیز و مسیر انحراف تعیین کنند. کاهش 10 درصدی ضریب انتقال حرارت یا افزایش 20 درصدی در افت فشار مستلزم بررسی فوری، از جمله بازرسی جریان گردابی داخلی لوله است.
چگونه آلیاژهای نیکل می توانند از فولاد ضد زنگ در شرایط رسوب بهتر عمل کنند؟
|
نتیجهگیری: آلیاژهای نیکل مانند آلیاژ 625 و C{2}}276 در شرایط رسوب بهتر از فولاد زنگ نزن عمل میکنند زیرا محتوای نیکل بالاتر آنها فیلم غیرفعال را در برابر حمله کلرید تثبیت میکند، در حالی که محتوای مولیبدن بالا به طور فعال نواحی آسیبدیده را مجدداً غیرفعال میکند و عمر مفید را 5-10× در محیطهای رسوب شدید افزایش میدهد. |
عملکرد برتر آلیاژهای مبتنی بر نیکل در محیطهای خوردگی زیر-به سه عامل متالورژیکی بستگی دارد:

مقاومت در برابر خوردگی ذاتی نیکل
نیکل در سری گالوانیکی نجیب تر از آهن است، به این معنی که تمایل ترمودینامیکی کمتری برای حل شدن دارد. در آلیاژهای{1}}نیکل، ماتریس غنی از نیکل ذاتاً در برابر اسیدی شدن در زیر رسوبات مقاومتر است. حتی اگر فیلم غیرفعال به صورت محلی شکسته شود، فلز زیرین کندتر خورده می شود و به فیلم زمان می دهد تا اصلاح شود.
اثر بازیابی مولیبدن
مولیبدن تنها عنصر آلیاژی مهم برای مقاومت در برابر خوردگی موضعی است. این توانایی فیلم غیرفعال برای اصلاح پس از پیشرفت کلرید را افزایش می دهد. در فولادهای ضد زنگ، مو معمولاً به 2-4٪ (316L) یا 4-6٪ (904L) محدود می شود. در آلیاژهای نیکل، مو به 8 تا 10 درصد (آلیاژ 625) یا 15 تا 17 درصد (C-276) می رسد که باعث بازیابی سریعتر می شود.
تقویت هم افزایی تنگستن
آلیاژ C{4}}276 حاوی 3 تا 4 درصد تنگستن (W) است که به طور هم افزایی با مولیبدن برای افزایش بیشتر مقاومت در برابر خوردگی موضعی کار می کند. تنگستن بهویژه در محیطهای اسیدی و غنی از کلرید، دقیقاً در شرایطی که در زیر رسوبات یافت میشود، مؤثر است.
|
اموال |
فولاد ضد زنگ 316 لیتری |
آلیاژ 625 |
آلیاژ C-276 |
|
محتوای نیکل |
10–14% |
58% دقیقه |
50% دقیقه |
|
محتوای مو |
2–3% |
8–10% |
15–17% |
|
محتوای Cr |
16–18% |
20–23% |
14.5–16.5% |
|
محتوای W |
0% |
0% |
3–4% |
|
PREN |
24–26 |
47–52 |
65+ |
|
CPT (ASTM G150) |
15-25 درجه |
>80 درجه |
>100 درجه |
|
عمر نسبی UDC |
1× (خط پایه) |
5–7× |
8–10× |
|
هزینه مواد نسبی |
1× |
4–5× |
6–8× |
برای مبدلهای حرارتی که در آب خنککننده با گرایشهای رسوبی شناخته شده کار میکنند، مورد تجاری ارتقاء به آلیاژ 625 قانعکننده است: بستههای مبدل پوستهای معمولی{-و{-در 316L ممکن است 50000 دلار قیمت داشته باشد و 2 سال طول بکشد، در حالی که بستههای آلیاژی 625 ممکن است 201-220 دلار هزینه داشته باشد. هزینه چرخه عمر 15{14}}ساله تقریباً 45 درصد به نفع آلیاژ نیکل است، بدون در نظر گرفتن هزینه خاموشی های برنامه ریزی نشده.
موثرترین راهبردهای پیشگیرانه برای خوردگی زیر-رسوبی چیست؟
|
نتیجهگیری: مؤثرترین استراتژی پیشگیری از UDC چهار ستون را ترکیب میکند: (1) انتخاب آلیاژ مناسب بر اساس شرایط خدمات، (2) شیمی آب کنترلشده با کلرید کمتر از 50 ppm و pH 7.5-8.5، (3) تمیز کردن شیمیایی برنامهریزی شده هر 3 تا 6 ماه، و (4) پایش آنلاین راندمان انتقال حرارت، افت فشار و راندمان آب. |
هیچ اقدام واحدی نمی تواند به طور کامل از خوردگی در زیر رسوب- جلوگیری کند. موفقترین کارخانهها از استراتژی دفاعی لایهای استفاده میکنند، که در آن هر لایه در صورت شکست لایههای دیگر، پشتیبان تهیه میکند:
|
لایه استراتژی |
اقدامات خاص |
کاهش ریسک |
هزینه پیاده سازی |
|
1. انتخاب مواد |
ارتقاء به 904L، 2507، یا آلیاژ 625 برای مناطق مستعد رسوب- |
60–80% |
بالا (سرمایه) |
|
2. کنترل شیمی آب |
Cl- < 50 ppm، pH 7.5-8.5، SO42-/Cl-> 2:1 |
40–60% |
کم (عملکرد) |
|
3. درمان شیمیایی |
بازدارنده های مقیاس، بیوسیدها،{0}}مهارکننده های تشکیل فیلم |
30–50% |
کم (عملکرد) |
|
4. تمیز کردن برنامه ریزی شده |
تمیز کردن شیمیایی + مکانیکی هر 3-6 ماه |
50–70% |
متوسط (نگهداری) |
|
5. بهینه سازی طراحی |
مناطق مرده را حذف کنید، جریان > 1.5 متر بر ثانیه را حفظ کنید |
20–40% |
متوسط (طراحی) |
|
6. نظارت آنلاین |
U{0}}ردیابی ارزش، ΔP، آهن-در-آب، تعداد میکروبی |
هشدار اولیه |
کم (ابزارسازی) |
اثر ترکیبی هر شش لایه میتواند نرخ خرابی مربوط به UDC{0}}را بیش از ۹۰٪ در مقایسه با عملکرد بدون هیچ گونه اقدامات پیشگیرانه کاهش دهد. حتی پیادهسازی لایههای 2، 4 و 6 که نیازی به هیچ هزینهای ندارند، میتواند نرخ شکست را تا 60 تا 70% کاهش دهد.
مبدل های حرارتی چگونه باید تمیز شوند تا از خوردگی زیر-رسوب جلوگیری شود؟
|
نتیجهگیری: ترکیبی از پاکسازی شیمیایی (اسیدها برای مقیاس معدنی، بیوسیدها برای بیوفیلمها، شلانتها برای اکسید آهن) و تمیز کردن مکانیکی (هیدروبلاست با 5000 تا 10000 psi) در یک چرخه برنامهریزیشده 3 تا 6 ماهه، مؤثرترین روش برای حذف رسوبات قبل از زیر{6} است. |

تمیز کردن تاثیرگذارترین اقدام نگهداری برای پیشگیری از UDC است. با این حال، روش تمیز کردن باید با نوع رسوب مطابقت داشته باشد، و تمیز کردن نامناسب میتواند با در معرض قرار دادن سطوح آسیبدیده از قبل، خوردگی را تسریع کند.
پروتکل های پاکسازی شیمیایی
|
نوع سپرده |
مواد شیمیایی توصیه شده |
تمرکز |
زمان تماس |
نکات ایمنی |
|
مقیاس CaCO3 |
اسید سولفامیک یا مهارکننده HCl + |
5–10% |
4-8 ساعت |
پس از آن تا PH 7-8 خنثی شود |
|
اکسید آهن |
اسید سیتریک یا کلانت EDTA |
3–5% |
6-12 ساعت |
کاملاً بشویید؛ غیرفعال کردن بعد از |
|
بیوفیلم |
هیپوکلریت سدیم + سورفکتانت |
50-200 پی پی ام Cl2 |
2-4 ساعت |
از Cl2 > 500 ppm در SS اجتناب کنید |
|
سیلیس |
بی فلوراید آمونیوم |
2–3% |
4-6 ساعت |
بسیار سمی؛ PPE کامل مورد نیاز است |
|
سپرده های مختلط |
دو مرحله-: اسید و سپس زیست کش |
همانطور که در بالا |
در مجموع 8 تا 16 ساعت |
فلاش بین مراحل |
تمیز کردن مکانیکی
تمیز کردن شیمیایی به تنهایی اغلب نمی تواند رسوبات سخت شده یا مواد بیولوژیکی موجود در سطوح لوله را به طور کامل حذف کند. روش های مکانیکی نیروی فیزیکی مورد نیاز را تامین می کنند:
هیدروبلاست (جت آب 5000-10000 psi): موثرترین برای قسمتهای داخلی لوله. رسوب، بیوفیلم و محصولات خوردگی را به طور همزمان حذف می کند.
برس زدن لوله مکانیکی: برس های نایلونی یا برنجی روی شفت های انعطاف پذیر. مناسب برای مبدلهای لولهای مستقیم-با رسوبات نرم.
Pigging (برای سمت پوسته): فوم یا خوک های سخت از طریق پوسته فشار داده می شوند تا رسوبات را خارج کنند. نیاز به طراحی پوسته اصلاح شده دارد.
تمیز کردن توپ اسفنجی (آنلاین): تزریق مداوم توپ های تمیز کننده به آب خنک کننده. از تجمع سپرده بدون خاموش شدن جلوگیری می کند.
دستورالعمل های فرکانس تمیز کردن
|
منبع آب |
ریسک سپرده |
فاصله زمانی تمیز کردن توصیه شده |
روش |
|
آب تصفیه شده با حلقه بسته |
پایین |
سالانه |
شیمیایی (سبک) |
|
آب نرم شهری |
متوسط |
هر 6 ماه یکبار |
شیمیایی + مکانیکی |
|
آب چاه سخت |
بالا |
هر 3-4 ماه |
شیمیایی + هیدروبلاست |
|
شور / آب دریا |
بسیار بالا |
هر 2-3 ماه |
شیمیایی + هیدروبلاست + بیوساید |
|
آب فرآیند بازیافتی |
متغیر |
هر 3 ماه + نظارت |
دو مرحلهای-شیمیایی + مکانیکی |
شیمی آب چه نقشی در خوردگی زیر{0}رسوبی دارد؟
|
نتیجه گیری: شیمی آب تنها قابل کنترل ترین متغیر برای پیشگیری از UDC است. حفظ سطوح کلرید کمتر از 50 ppm، نسبت سولفات به{3}}سولفات بالاتر از 2:1، pH بین 7.5 تا 8.5، و تعداد میکروبی کمتر از 10³ CFU/ml به طور چشمگیری تهاجمی رسوب و خطر شکست غیرفعال فیلم را کاهش می دهد. |
ترکیب شیمیایی آب خنک کننده یا فرآیند به طور مستقیم تعیین می کند که آیا رسوبات تشکیل می شوند، چقدر تهاجمی خواهند بود و آیا فیلم غیرفعال فولاد ضد زنگ می تواند در زیر آنها زنده بماند یا خیر. پارامترهای کلیدی عبارتند از:
|
پارامتر |
محدوده امن |
منطقه خطر |
چرا اهمیت دارد |
|
کلرید (Cl-) |
< 50 ppm |
>200 پی پی ام |
فیلم منفعل را می شکند. کنسانتره زیر ذخایر |
|
pH |
7.5–8.5 |
< 6.0 or > 9.5 |
pH پایین فیلم را حل می کند. PH بالا باعث ایجاد رسوب می شود |
|
نسبت سولفات به کلرید |
> 2:1 |
< 1:1 |
سولفات برای مکان های جذب با Cl- رقابت می کند |
|
کل مواد جامد محلول (TDS) |
< 1,000 ppm |
>3000 پی پی ام |
TDS بالا رسانایی و جریان خوردگی را افزایش می دهد |
|
سختی کل (به عنوان CaCO3) |
< 150 ppm |
>400 پی پی ام |
باعث رسوب های CaCO3 در مقیاس می شود |
|
شمارش میکروبی |
< 10³ CFU/mL |
>104 CFU/ml |
بیوفیلم ها اسید تولید می کنند و Cl- را غلیظ می کنند |
|
اکسیژن محلول |
6-8 ppm |
< 2 ppm or > 10 ppm |
O2 کم از repassivation جلوگیری می کند. O2 بالا باعث واکنش کاتدی می شود |
|
آهن (آهن) |
< 0.5 ppm |
>2 پی پی ام |
آهن بالا نشان دهنده خوردگی فعال است. رسوبات را تشکیل می دهد |
نسبت سولفات به-کلرید: نشانگر استفاده ناکافی
یکی از پارامترهای شیمیایی آب که نادیده گرفته شده است، نسبت سولفات به-کلرید (SO42-/Cl-) است. یون های سولفات بزرگتر از یون های کلرید هستند و برای مکان های جذب مشابه روی سطح فولاد ضد زنگ رقابت می کنند. هنگامی که نسبت سولفات به-سولفات از 2:1 بیشتر شود، سولفات به طور موثری کلرید را از رسیدن به لایه غیرفعال مسدود می کند و آستانه کلرید را برای شروع حفره به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
این بدان معناست که دو منبع آبی با سطوح کلرید یکسان اما غلظت سولفات متفاوت میتوانند نتایج خوردگی بسیار متفاوتی ایجاد کنند. مهندسان کارخانه همیشه باید تجزیه و تحلیل کامل آب را ارزیابی کنند، نه فقط غلظت کلرید را به تنهایی.
چه روشهای بازرسی و نظارتی در زیر-خوردگی رسوبی شناسایی میکنند؟
|
آزمایش جریان گردابی (ECT)، اندازهگیری ضخامت مافوق صوت (UT)، و-پایش خوردگی آنلاین زمان واقعی با استفاده از پروبهای مقاومت الکتریکی (ER) یا پروبهای مقاومت قطبش خطی (LPR) سه روش قابل اعتماد برای تشخیص و ردیابی زیر- خوردگی رسوبی در مبدلهای حرارتی عملیاتی هستند. |
از آنجایی که خوردگی زیر رسوبات زیر-در زیر رسوبات پنهان است، بازرسی بصری به تنهایی کافی نیست. ترکیبی از تکنیکهای معاینه غیرمخرب (NDE) و نظارت آنلاین مورد نیاز است:
|
روش |
آنچه را تشخیص می دهد |
حساسیت |
در -خدمت هستید؟ |
فرکانس |
|
تست جریان گردابی (ECT) |
از بین رفتن دیوار، سوراخ شدن، ترک در لوله ها |
0.1 میلی متر از دست دادن دیوار |
خیر (نیاز به خاموش شدن دارد) |
سالانه |
|
ضخامت اولتراسونیک (UT) |
ضخامت دیواره خارجی |
از دست دادن دیوار 0.5 میلی متر |
بله (خارجی) |
فصلنامه |
|
IRT (ترموگرافی مادون قرمز) |
ایجاد سپرده- (نقاط داغ) |
کیفی |
بله (خارجی) |
ماهانه |
|
پروب های ER (مقاومت الکتریکی). |
تلفات تجمعی فلز |
0.01 میلی متر |
بله (نصب شده) |
مستمر |
|
LPR (مقاومت قطبش خطی) |
نرخ خوردگی آنی |
0.001 میلی متر در سال |
بله (نصب شده) |
مستمر |
|
شیمی آب آنلاین |
کلر، pH، آهن، رسانایی |
همانطور که مشخص شد |
بله |
مستمر |
|
نمونه برداری لوله / بروسکوپ |
رسوب داخلی + خوردگی |
بصری |
خیر |
در زمان خاموشی ها |
بهترین روش ترکیب نظارت پیوسته آنلاین (LPR + شیمی آب) برای هشدار اولیه با NDE دوره ای (ECT در هنگام خاموش شدن) برای تعیین کمیت آسیب است. این رویکرد دوگانه UDC را در مرحله شروع خود می گیرد، زمانی که تمیز کردن هنوز می تواند آسیب را قبل از وقوع سوراخ متوقف کند.
سوالات متداول
بله حتی آب شیرین با سطوح کلرید کمتر از 50 تا 100 ppm در صورت وجود رسوبات و دمای بیش از 60 درجه می تواند باعث UDC شود. این رسوب کلریدها را به صورت موضعی تا سطوحی بسیار بالاتر از غلظت آب عمده متمرکز می کند و حتی منابع آب به ظاهر خوش خیم را نیز خطرناک می کند. سیستم های آب شیرین با سختی بالا (پوسته شدن CaCO3) به ویژه در معرض خطر هستند زیرا رسوبات رسوب به طور همزمان سطح را عایق می کنند و کلریدها را به دام می اندازند.
آیا خوردگی زیر رسوب در NACE MR0175 / ISO 15156 نشان داده شده است؟
NACE MR0175/ISO 15156 در درجه اول به ترک خوردگی استرس سولفیدی (SSC) در خدمات نفت ترش و گاز می پردازد، نه به طور خاص تحت{2}} خوردگی رسوبی. با این حال، الزامات صلاحیت مواد استاندارد به طور ضمنی مقاومت به خوردگی موضعی را از طریق آزمایش در محیطهای ترش در نظر میگیرد. برای UDC در خدمات غیر ترش، NACE SP0176 (کنترل خوردگی در صنعت نفت و گاز) و API 510 (کد بازرسی مخزن تحت فشار) راهنمایی های مرتبط تری در مورد مدیریت سپرده و فواصل بازرسی ارائه می دهند.
آیا بازدارنده های شیمیایی می توانند به طور کامل از خوردگی-زیر رسوب جلوگیری کنند؟
نه. مهارکنندههای شیمیایی (بازدارندههای مقیاس، بیوسیدها،-بازدارندههای خوردگی تشکیلدهنده فیلم) میتوانند به طور قابلتوجهی خطر UDC را به میزان 30 تا 50 درصد کاهش دهند، اما نمیتوانند پیشگیری کامل را تضمین کنند. مهارکننده ها ممکن است به سطح فلز زیر رسوبات ضخیم نرسند و اثربخشی آنها به حفظ دوز ثابت و شیمی آب بستگی دارد. بازدارندهها باید بهعنوان یک لایه از یک برنامه پیشگیری چند-راهبردی، نه یک راهحل مستقل در نظر گرفته شوند.
چه مدت طول می کشد تا خوردگی زیر رسوبی- باعث سوراخ شدن لوله شود؟
در شرایط تهاجمی (کلرید بالا، درجه حرارت بالا، وجود بیوفیلم)، سوراخ شدن لوله استاندارد 2 میلی متری 316L می تواند در عرض 3 تا 6 ماه رخ دهد. در شرایط متوسط، جدول زمانی معمولاً 12 تا 24 ماه است. با تصفیه و تمیز کردن مناسب آب، همان لوله می تواند 5 تا 10 سال دوام بیاورد. استفاده از آلیاژ 625 در یک سرویس می تواند عمر را تا 15 تا 20+ سال افزایش دهد.
آیا فولادهای ضد زنگ دوبلکس (2205، 2507) در برابر خوردگی زیر{2}}رسوبی مقاوم هستند؟
فولادهای زنگ نزن دوبلکس به دلیل PREN بالاتر (34-46 برای 2205؛ 42-46 برای 2507) نسبت به گریدهای آستنیتی استاندارد به طور قابل توجهی مقاومت UDC بهتری دارند. با این حال، آنها مصون نیستند. در دماهای بالاتر از 80 درجه با غلظت کلرید بالا در زیر رسوبات، حتی سوپر-دوپلکس 2507 میتواند UDC را تجربه کند. گریدهای دوبلکس یک گزینه متوسط{12} عالی بین فولاد ضد زنگ استاندارد و آلیاژهای نیکل گران قیمت هستند، به ویژه هنگامی که ترک خوردگی تنش کلریدی (SCC) نیز یک نگرانی است.
تأثیر هزینه معمول خوردگی زیر{0}}در مبدلهای حرارتی صنعتی چیست؟
هنگامی که تعمیرات اضطراری، تولید از دست رفته و پاکسازی محیطی در نظر گرفته میشود، یک خرابی لوله مربوط به UDC در یک کارخانه فرآیند میتواند 50,000 تا 500,000 دلار هزینه داشته باشد. برای یک پالایشگاه یا کارخانه شیمیایی بزرگ با مبدلهای متعدد، هزینههای سالانه UDC{6}}میتواند از ۲ تا ۵ میلیون دلار بیشتر شود. برنامه های پیشگیرانه (تصفیه آب، تمیز کردن برنامه ریزی شده، نظارت) معمولاً 10 تا 20 درصد هزینه خرابی را هزینه می کنند و نرخ خرابی را 60 تا 90 درصد کاهش می دهند که بازده سرمایه گذاری 5-10× را به همراه دارد.
آیا خوردگی زیر{0}}رسوبی میتواند منجر به شکست فاجعهبار شود؟
بله، در موارد شدید. اگر UDC لوله ای را در یک سرویس هیدروکربنی با فشار{{1}بالا سوراخ کند، نشت حاصل می تواند باعث آتش سوزی، انفجار یا انتشار سمی شود. چندین حادثه بزرگ صنعتی به UDC در مبدل های حرارتی ردیابی شده است، از جمله انفجار پالایشگاه Tesoro Anacortes در سال 2010 (گزارش NTSB به خرابی مبدل حرارتی اشاره کرده است). به همین دلیل است که پیشگیری از UDC فقط یک مشکل تعمیر و نگهداری نیست- بلکه یک مشکل ایمنی فرآیند است.
