Het zuurwatermilieu
Zuur water uit raffinaderijen bevat opgelost waterstofsulfide en ammoniak. De zuurwaterstripper verwarmt het water om de vluchtige sulfiden en ammoniak te verdrijven voor terugwinning of verwijdering. De warmtewisselaar in deze dienst wordt geconfronteerd met een uniek moeilijk vervuilingsprobleem: ijzersulfideaanslag.
Het ijzersulfide is afkomstig uit twee bronnen. Opgelost ijzer in het zure water-van stroomopwaartse corrosie van koolstofstalen leidingen-reageert met de H₂S en vormt onoplosbaar ijzersulfide. Tegelijkertijd corroderen metalen warmtewisselaarbuizen aan het oppervlak, waardoor een ijzersulfide-corrosieproductlaag ontstaat. De sulfideschaal is zwart, dicht en klevend. Het vermindert de warmteoverdracht en biedt een plek voor verdere corrosie onder de afzetting.
PTFE-warmtewisselaars elimineren zowel de corrosiebron als het kalkmechanisme. Het fluorpolymeer corrodeert niet-er vormt zich geen ijzersulfide-corrosieproduct op het oppervlak. Het oppervlak met lage- energie is bestand tegen de adhesie van de ijzersulfidedeeltjes die uit het water neerslaan. De vervuiling wordt teruggebracht tot een beheersbaar niveau.
Het mechanisme voor de afzetting van ijzersulfide
Op koolstofstalen of roestvrijstalen warmtewisselaaroppervlakken in zuur water vinden de volgende processen gelijktijdig plaats. Het staal corrodeert in het zure water en vormt direct op het oppervlak ijzersulfide: Fe + H₂S → FeS + H₂. Dit ijzersulfide is chemisch gebonden aan het metaaloppervlak.-Het is het corrosieproduct en geen afzonderlijke afzetting. Het groeit vanaf het oppervlak naar buiten naarmate de corrosie vordert. De laag is klevend en kan niet worden verwijderd zonder het onderliggende metaal te verwijderen.
Tegelijkertijd reageert opgelost ijzer in het water met H₂S in de bulkvloeistof, waardoor ijzersulfidedeeltjes worden gevormd die zich op het oppervlak nestelen. Deze deeltjes zetten zich af op de bestaande corrosieproductlaag, waardoor de schaaldikte toeneemt. De gecombineerde kalklaag groeit gestaag, waardoor de warmteoverdracht wordt verminderd en een micro-omgeving ontstaat die verdere corrosie versnelt.
PTFE heeft geen ijzer dat kan corroderen. Er is geen oppervlaktecorrosieproduct. De ijzersulfidedeeltjes die uit het bulkwater neerslaan, komen in contact met een inert oppervlak dat geen chemische binding en minimale hechting biedt. De deeltjes blijven gesuspendeerd en worden met het water uit de stripper afgevoerd.
| IJzersulfideparameter | Koolstofstaal | Roestvrij staal | PTFE |
|---|---|---|---|
| Oppervlaktecorrosie in zuur water | Ja (FeS vormt zich op het oppervlak) | Ja (langzamer) | Geen |
| Oppervlakte FeS-laag | Ja (corrosieproduct) | Ja (dunner) | Geen |
| Bulk FeS-deeltjeshechting | Sterk (op corrosielaag) | Gematigd | Zwak |
| Totaal vervuilingspercentage (relatief) | 1,0 (basislijn) | 0.5-0.7 | 0.1-0.2 |
| Reinigingsmethode | Mechanisch, zuur | Mechanisch, zuur | Spoelen met water |
| Reinigingsfrequentie | 4-8 weken | 8-16 weken | 6-12 maanden |
De eliminatie van onder-depositocorrosie
IJzersulfideaanslag op metalen oppervlakken veroorzaakt onder-afzettingscorrosie-een plaatselijke aanval onder de kalklaag. De aanslag blokkeert de diffusie van zuurstof en behandelingschemicaliën naar het metalen oppervlak. De gevangen omgeving wordt zuur en agressief. Pitting begint onder de schaal en plant zich snel voort. De onder-afzettingscorrosie is vaak de feitelijke oorzaak van leidingfalen bij zuurwatervoorziening.
PTFE elimineert onder-afzettingscorrosie door de oppervlaktelaag te elimineren. Zonder een aanhangende schaal is er geen afgesloten zone voor aanvallen onder-afzettingen. Het oppervlak blijft schoon en blootgesteld aan de chemische samenstelling van het bulkwater. De PTFE-buiswand is niet onderhevig aan enig plaatselijk corrosiemechanisme.
Compatibiliteit met de ammoniakomgeving
Zuur water bevat opgeloste ammoniak, waardoor de oplossing alkalisch wordt (pH 8-10). PTFE is immuun voor ammoniak bij alle concentraties en temperaturen tot 260 graden. De alkalische omgeving die bijdraagt aan de corrosie van metalen componenten heeft geen effect op het fluorpolymeer. De PTFE-wisselaar werkt betrouwbaar in het volledige pH-bereik van de zuurwatervoorziening.
Samenvatting
PTFE-warmtewisselaars zijn bestand tegen de afzetting van ijzersulfide bij het strippen van zuur water door oppervlaktecorrosie -de belangrijkste bron van FeS-aanslag- te elimineren en door de hechting van de FeS-deeltjes die uit het bulkwater neerslaan te voorkomen. De afwezigheid van een hechtende kalklaag elimineert ook onder-afzettingscorrosie, het mechanisme dat defecten aan metalen buizen veroorzaakt. Het reinigingsinterval varieert van weken tot maanden. De PTFE-wisselaar biedt betrouwbare, onderhoudsarme verwarming- in een dienst die metalen wisselaars vernietigt.
Technische ondersteuning voor de specificatie van de zuurwater-PTFE-warmtewisselaar is beschikbaar na opgave van de waterchemie, H₂S- en ammoniakconcentraties, de bedrijfstemperatuur en de huidige geschiedenis van vervuiling en corrosie.
