Hvilke mikrobiologisk indusert korrosjon (MIC)-trusler finnes i tosidige vannvekslere i rustfritt stål-?

Mer enn bare en flytbegrensning, et slimete belegg i et dupleks rustfritt stålrør er en levende koloni av bakterier som kan konsumere hull rett gjennom veggen. Selv høy-legert stål er utsatt for en skjult fare kjent som Microbiological Induced Corrosion, eller MIC. For å unngå uplanlagte lekkasjer og dyr nedetid, er det avgjørende å forstå mikrobiologisk indusert korrosjon i vannkjølte-dupleks rustfrie stålvekslere.

Angrepets biologiske grunnlag
På grunn av deres overlegne motstand mot spenningskorrosjon og kloridgroper, er dupleks rustfritt stål (som 2205 og 2507) foretrukket. De er imidlertid utsatt for korrosjon forårsaket av mikrober. Sulfat-reduserende bakterier (SRB) er de hyppigste forbryterne. I stillestående eller sakte rennende vann blomstrer disse anaerobe mikrobene og etablerer kolonier inne i en beskyttende biofilm, som er en slimete matrise av proteiner, polysakkarider og celleavfall som klamrer seg fast til metalloverflaten.

Miljøet rett under biofilmen endres drastisk fra bulkvannet etter at det er utviklet. Bakteriene bryter ned sulfationer (SO₄²⁻) i vannet til hydrogensulfid (H₂S) ved å konsumere organiske ressurser. Aerobe bakterier som ligger på toppen av biofilmen forbruker oksygen, mens bakterielle metabolske biprodukter produserer lokal surhet. Resultatet er et mikromiljø som er:

Sur: pH kan gå så lavt som 4.

Deoksygenert: Hindrer den passive oksidfilmen fra å bli reparert.

rikelig med hydrogensulfid, et etsende stoff som retter seg mot de passive lagene av rustfritt stål.

I dette fiendtlige mikromiljøet blir det passive kromoksidbelegget som typisk skjermer dupleksstål ustabilt. Pitting begynner på svake punkter, ofte ved overflatefeil eller sulfidinneslutninger. Det indre av en grop, hvor omstendighetene er betydelig mer reduserende og sulfid-rike, blir kolonisert av bakterier når gropen har begynt. Fordi korrosjonscellen er selvbærende-, akselereres angrepet av bakteriene som vokser i gropen og produserer mer H2S.

Det giftige miljøet som bakteriene produserer er det som forårsaker rusten, ikke selve bakteriene. På bare noen få måneder kan en biofilm så tynn som 0,1 mm produsere hulldybder på mange millimeter.

Årsakene til at dupleks rustfritt stål ikke er immun
Dupleks rustfritt stål er avhengig av en tynn, oksiderende passiv film, i motsetning til titan eller noen kobber-nikkellegeringer, som viser sterk motstand mot MIC på grunn av deres oksidstabilitet eller iboende biocidegenskaper. Bare i nøytrale til svakt alkaliske, oksygenerte miljøer er den filmen stabil. Filmen desintegrerer under den reduserende, sure, sulfid-ladede biofilmen. Selv om dupleks har høyere motstand mot MIC enn 316L på grunn av det høye krom- og molybdeninnholdet (22–25 % Cr, 3–4 % Mo), er legeringen ikke immun. Selv om generell korrosjon var minimal, er det rapportert om en rekke feltfeil der 2205 rør i sjøvann eller brakkvannskjøling opplevde dype MIC-groper etter bare to til fem års drift.

SRB finnes i mange naturlige vannveier, inkludert innsjøer, elver, hav og til og med behandlede kjølevannsystemer med lave biocidnivåer eller stillestående soner. Enhver vann-kjølt varmeveksler som går ved temperaturer mellom 20 og 60 grader -området der de fleste SRB vokser-er sårbare, spesielt hvis vannstrømmen er sporadisk eller avleiringer bygger seg opp.

Inspeksjon og visuelle MIC-symptomer
MIC-groper kan skilles fra kloridgroper eller andre typer korrosjon ved deres særegne egenskaper:

Aggressiv, underskåret morfologi: Hulrommet under er bredt, grunt eller uregelmessig formet, og ligner et "ormehull" eller et nettverk av tilkoblede mikro-groper. Gropmunningen er ofte liten (1–3 mm).

Svarte eller mørkebrune avleiringer: Jernsulfid (FeS), et vanlig biprodukt, gir gropen og den omkringliggende biofilmen et tjæreaktig, svart utseende.

Sulfidlukt: Når avleiringen er forstyrret, kan det oppstå en råtten egglukt (hydrogensulfid).

Lokaliserte klynger: MIC manifesterer seg ofte som en gruppe groper i motsetning til vidt spredte individuelle groper.

Metalloverflaten utenfor biofilmen er fortsatt strålende og uskadd; det er ingen generell forverring.

Blant inspeksjonsteknikkene er:

Undersøk det indre av rør nøye for brune eller svarte avleiringer eller mørke, slimete flekker.

Etter fjerning av biofilm, kan fargepenetranttesting identifisere mikrosprekker eller groper.

Den ikke-destruktive metoden for å oppdage gropdannelse i rør kalles virvelstrømstesting (ECT). I motsetning til mekanisk skade genererer MIC-groper særegne signaler.

Bakterieprøvetaking: Tilstedeværelsen av bakterier bekreftes ved å tørke biofilmen, dyrke for SRB eller ved genetisk testing (som qPCR).

Forebygging: Hold bakterier ute av hjemmet ditt
En fler-barrierestrategi er nødvendig for å forhindre MIC i vannkjølte-dupleks rustfrie stålvekslere. En kombinasjon av følgende er ganske effektiv, men ingen enkelt strategi sikrer beskyttelse.

1. Konsekvent biocidbehandling
Fordi oksiderende biocider bryter gjennom biofilmer og øyeblikkelig ødelegger bakterier, er de de mest effektive. Typiske valg:

Klor eller hypokloritt: Hold kjølevannets frie klorinnhold mellom 0,1 og 0,5 ppm. Ved denne lave konsentrasjonen er Duplex 2205 motstandsdyktig mot klor. Pitting kan imidlertid skyldes overdreven klorering (over 2 ppm).

Klordioksid: Mindre etsende og mer effektiv mot biofilm enn klor. Vanlig dosering er mellom 0,1 og 0,3 ppm.

Ozon er et kraftig oksidasjonsmiddel som brytes fullstendig ned til oksygen. benyttes i kjølesystemer med lukkede sløyfer.

For å stoppe bakteriell resistens brukes ofte ikke-oksiderende biocider (som glutaraldehyd og isotiazoloner), ofte i kombinasjon med oksidasjonsmidler. For å opprettholde restnivåer bør biocidet administreres kontinuerlig eller minst to ganger daglig.

2. Regelmessig mekanisk rengjøring
Etablerte biofilmer kan ikke elimineres ved kjemisk behandling alene. Det indre av rørene bør rengjøres mekanisk på regelmessig basis (for eksempel hver sjette til tolvte måned):

Rørbørsting innebærer å trekke eller skyve en roterende børste med børster av rustfritt stål eller nylon gjennom hvert rør. Biofilm og eventuelle løse avleiringer elimineres på denne måten.

Hydroblasting: Seige biofilmer kan effektivt fjernes med høytrykksvannstråler (5 000–10 000 psi). Endene av rørene må ikke skades.

Svamp-ballrengjøring: For nettrengjøring tørkes røroverflatene kontinuerlig av ved å sirkulere svampkuler med kjølevann.

For å stoppe rask gjenvekst, bør systemet skylles og re-doseres med biocid etter mekanisk rengjøring.

3. Hold vannets hastighet høy
I turbulent strømning med høy-hastighet har bakterier problemer med å feste seg og danne biofilmer. For dupleks rustfritt stål i kjølevann, anbefales en rør-sidehastighet på minst 1,5–2,0 m/s. MIC-risiko er betydelig økt ved hastigheter mindre enn 1 m/s, spesielt i rette rør med laminær strømning. Minimer døde ben, lav-strømningssoner og forstyrrede strømningsområder rundt rørplater.

4. Styr unna stillestående situasjoner
Kjølevannet bør fjernes fra veksleren under anleggsstans eller tomgangstider, og rørene bør tørkes og renses med ferskvann. Som et alternativ kan biocid brukes for å opprettholde en lav-strøm resirkulering. Biofilmvekst trives i stillestående vann, og selv noen få dager med stagnasjon kan etablere SRB-kolonier.

5. Velge materialer for alvorlige situasjoner
En mer spenstig legering kan tas i betraktning hvis et anlegg har en historie med alvorlig MIC selv med tilstrekkelig vannbehandling. Fordi titan (grad 2) ikke aktivt forbedrer biofilmvedheft og dets passive belegg er stabilt selv under avtagende omstendigheter, er titan i stor grad immun mot MIC. Fordi kobberioner frigjøres, har kobber-nikkellegeringer (90/10 eller 70/30) naturlig biocidegenskaper. Begge koster imidlertid mye mer enn tosidig. Dupleks er et pålitelig alternativ for de fleste{10}vannkjølte applikasjoner med riktig drift og vedlikehold.

Slik går du frem hvis MIC blir funnet
Følgende trinn bør implementeres i tilfelle en dupleksveksler viser MIC-pitting:

Bekreft diagnosen ved å utføre metallografisk analyse av et groptverrsnitt- og bakteriekultur. Se etter sulfidavleiringer og den karakteristiske underskjæringsmorfologien.

Bestem omfanget ved å sette inn et boreskop eller bruke virvelstrømtesting for å undersøke hvert rør. Hvorvidt røret kan plugges (hvis det er lite og grunt) eller om slangebehandling er nødvendig, avhenger av mengden og dybden av groper.

Forbedre vannbehandlingen med en gang ved å legge til et mekanisk rengjøringsprogram, øke doseringen av biocid eller bytte til et mer potent biocid. Bytt til kontinuerlig behandling dersom planten kun har fått sporadisk stell.

Reparer eller bytt ut: Hvis korrosjonshastigheten avtar etter behandling, kan grunne groper (mindre enn 0,3 mm dype) i tykke-veggede rør være akseptable. Individuelle rør må plugges i dypere groper eller klynger. Det anbefales å omslange eller bytte ut veksleren hvis mer enn 10–15 % av rørene er støtt.

Undersøk driftsprosedyrer for å sikre at nedstengninger håndteres riktig (tøm og tørk veksleren). Hvis det er mulig, øk vannets hastighet.

Som konklusjon
Mikrobiologisk indusert korrosjon er en biologisk kamp mot metall som kan vinnes ved å kombinere rutinemessig fysisk rengjøring med riktig kjemisk hygiene. Selv høy-legeringer er utsatt for mikrobiologisk indusert korrosjon i vannkjølte-dupleks rustfrie stålvekslere. Biofilmer dannet av sulfat-reduserende bakterier og andre mikroorganismer gir et miljø som er lokalt surt, sulfid og oksygenert, noe som resulterer i raske gropdannelser som kan trenge gjennom rørveggene i løpet av få måneder. Å opprettholde vannhastighet over 1,5 m/s, forhindre stillestående forhold under driftsstans, sporadisk mekanisk rengjøring (børsting eller vannblåsing) og kontinuerlig eller regelmessig biocidbehandling er alle nødvendige for forebygging. For å leve krever selv den mest sofistikerte legeringen en ren atmosfære. Dupleksvekslere kan tilby utvidet, problemfri-service ved å gjenkjenne faren og innføre en streng tidsplan for vannbehandling og rørrengjøring. En høyytelseslegering blir imidlertid en sil hvis MIC ignoreres.