Какие угрозы микробиологической коррозии (MIC) существуют в теплообменниках с водяным-охлаждением из дуплексной нержавеющей стали?

Слизистое покрытие внутри дуплексной трубки из нержавеющей стали — это больше, чем просто ограничение потока. Это живая колония бактерий, которые могут проедать дыры прямо в стенке. Даже высоколегированные стали- подвержены скрытой опасности, известной как микробиологическая коррозия, или MIC. Чтобы избежать незапланированных утечек и дорогостоящих простоев, крайне важно учитывать микробиологическую коррозию в дуплексных теплообменниках из нержавеющей стали с водяным-охлаждением.

Биологическая основа атаки
Из-за их превосходной устойчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением и хлоридной точечной коррозии предпочтительны дуплексные нержавеющие стали (такие как 2205 и 2507). Однако они подвержены коррозии, вызванной микробами. Сульфат-восстанавливающие бактерии (SRB) являются наиболее частыми нарушителями. В стоячей или медленно текущей воде эти анаэробные микробы процветают и создают колонии внутри защитной биопленки, которая представляет собой слизистую матрицу из белков, полисахаридов и клеточного детрита, которая прочно прилипает к поверхности металла.

Среда непосредственно под биопленкой резко меняется по сравнению с основной водой после ее образования. Бактерии разлагают сульфат-ионы (SO₄²⁻) в воде до сероводорода (H₂S), потребляя органические ресурсы. Аэробные бактерии, обитающие на поверхности биопленки, потребляют кислород, а побочные продукты метаболизма бактерий производят локальную кислотность. Результатом является микросреда, которая:

Кислый: pH может опускаться до 4.

Деоксигенированный: предотвращает восстановление пассивной оксидной пленки.

богат сероводородом, коррозионным веществом, поражающим пассивные слои нержавеющей стали.

В этой враждебной микросреде пассивное покрытие из оксида хрома, которое обычно защищает дуплексную сталь, становится нестабильным. Питтинг начинается в слабых местах, часто на поверхностных дефектах или сульфидных включениях. Внутренняя часть ямы, где условия значительно более восстановительные и богатые сульфидами-, колонизируется бактериями с момента образования ямы. Поскольку коррозионная ячейка является самоподдерживающейся-, атака ускоряется за счет бактерий, растущих в язве и производящих больше H2S.

Токсичная среда, которую создают бактерии, является причиной ржавчины, а не сами бактерии. Всего за несколько месяцев биопленка толщиной всего 0,1 мм может образовать отверстия глубиной во многие миллиметры.

Причины, по которым дуплексная нержавеющая сталь небезопасна
Дуплексные нержавеющие стали имеют тонкую окислительную пассивную пленку, в отличие от титана или некоторых медно--никелевых сплавов, которые демонстрируют высокую устойчивость к MIC из-за своей оксидной стабильности или присущих им биоцидных свойств. Эта пленка стабильна только в нейтральной или слабощелочной среде, насыщенной кислородом. Пленка распадается под восстанавливающей, кислой, насыщенной сульфидами биопленкой. Хотя дуплекс имеет более высокую устойчивость к MIC, чем 316L, из-за высокого содержания хрома и молибдена (22–25% Cr, 3–4% Mo), сплав не застрахован. Несмотря на то, что общая коррозия была минимальной, сообщалось о ряде отказов в эксплуатации, в результате которых на 2205 трубках, находящихся в системе охлаждения морской или солоноватой воды, образовались глубокие ямки MIC всего лишь через два-пять лет эксплуатации.

SRB встречаются во многих естественных водоемах, включая озера, реки, океан и даже в системах очищенной охлаждающей воды с низким уровнем биоцидов или в застойных зонах. Любой теплообменник с водяным-охлаждением, работающий при температуре от 20 до 60 градусов -диапазон, в котором растет большинство SRB-, уязвим, особенно если поток воды носит спорадический характер или накапливаются отложения.

Осмотр и визуальные симптомы MIC
Ямки MIC можно отличить от хлоридной точечной коррозии или других типов коррозии по их отличительным характеристикам:

Агрессивная, подрезанная морфология: полость под ней широкая, неглубокая или неправильной формы, напоминающая «червоточину» или сеть соединенных микро-ямок. Устье ямки часто небольшое (1–3 мм).

Черные или темно-коричневые отложения: сульфид железа (FeS), распространенный побочный продукт, придает ямке и окружающей биопленке смолистый черный вид.

Запах сульфида: При потревожении месторождения может появиться запах тухлых яиц (сероводорода).

Локализованные кластеры: MIC часто проявляется в виде группы ямок, а не широко рассредоточенных отдельных ямок.

Металлическая поверхность за пределами биопленки все еще блестящая и невредимая; общего ухудшения нет.

К методам проверки относятся:

Внимательно осмотрите внутреннюю часть пробирок на предмет коричневых или черных отложений или темных слизистых пятен.

После удаления биопленки с помощью цветной дефектоскопии можно выявить микротрещины или ямки.

Не-неразрушающий метод обнаружения точечной коррозии в трубках называется вихретоковым контролем (ВТ). В отличие от механических повреждений, ямы MIC генерируют характерные сигналы.

Бактериальный отбор проб. Наличие бактерий подтверждается путем взятия мазка биопленки, культивирования на SRB или генетического тестирования (например, кПЦР).

Профилактика: не допускайте попадания бактерий в дом
Для предотвращения ВПК в дуплексных теплообменниках из нержавеющей стали с водяным-охлаждением необходима стратегия мульти-барьеров. Сочетание следующих мер весьма эффективно, но ни одна стратегия не обеспечивает защиту.

1. Последовательная обработка биоцидами
Поскольку окисляющие биоциды прорывают биопленки и мгновенно уничтожают бактерии, они наиболее эффективны. Типичный выбор:

Хлор или гипохлорит: содержание свободного остаточного хлора в охлаждающей воде должно составлять от 0,1 до 0,5 частей на миллион. При таких низких концентрациях Duplex 2205 устойчив к хлору. Однако питтинг может возникнуть в результате чрезмерного хлорирования (более 2 частей на миллион).

Диоксид хлора: менее коррозионно-активен и более эффективен против биопленок, чем хлор. Обычная дозировка составляет от 0,1 до 0,3 частей на миллион.

Озон – мощный окислитель, полностью распадающийся на кислород. Используется в системах охлаждения с замкнутым контуром.

Чтобы остановить устойчивость бактерий, часто используются не-окисляющие биоциды (такие как глутаральдегид и изотиазолоны), часто в сочетании с окислителями. Для поддержания остаточного уровня биоцид следует вводить непрерывно или не реже двух раз в день.

2. Регулярная механическая чистка.
Образовавшиеся биопленки невозможно устранить только с помощью химической обработки. Внутреннюю часть трубок следует регулярно подвергать механической очистке (например, каждые шесть-двенадцать месяцев):

Чистка трубок включает в себя протягивание или проталкивание вращающейся щетки с щетиной из нержавеющей стали или нейлона через каждую трубку. Таким образом удаляются биопленка и любые рыхлые отложения.

Гидроструйная обработка. Прочные биопленки можно эффективно удалить с помощью-струй воды под высоким давлением (5000–10 000 фунтов на квадратный дюйм). Концы трубок не должны быть повреждены.

Очистка губчатыми-шариками: при онлайн-очистке поверхности труб постоянно протираются губчатыми шариками с охлаждающей водой.

Чтобы остановить быстрое возобновление роста, систему следует промыть и повторно -дозировать биоцидом после механической очистки.

3. Поддерживайте высокую скорость воды
В турбулентном потоке с высокой-скоростью бактериям трудно прилипать и образовывать биопленки. Для дуплексной нержавеющей стали, используемой в системах охлаждения воды, рекомендуется, чтобы боковая скорость трубы- составляла не менее 1,5–2,0 м/с. Риск МИК значительно увеличивается при скорости менее 1 м/с, особенно в прямых трубках с ламинарным потоком. Сведите к минимуму застойные зоны, зоны низкого-потока и зоны нарушенного потока вокруг трубных решеток.

4. Избегайте застойных ситуаций
Охлаждающую воду следует удалять из теплообменника во время остановки установки или во время простоя, а трубы следует сушить и промывать пресной водой. В качестве альтернативы можно использовать биоцид для поддержания низкой-рециркуляции потока. Рост биопленок процветает в стоячей воде, и даже несколько дней застоя могут привести к образованию колоний SRB.

5. Выбор материалов для тяжелых ситуаций
Более устойчивый сплав может быть принят во внимание, если на заводе наблюдалась тяжелая МИК даже при адекватной очистке воды. Поскольку титан (класс 2) не усиливает активно прилипание биопленки, а его пассивное покрытие стабильно даже в условиях ухудшения ситуации, титан в значительной степени невосприимчив к MIC. Поскольку высвобождаются ионы меди, медно-никелевые сплавы (90/10 или 70/30) естественным образом обладают биоцидными свойствами. Оба, однако, стоят намного дороже, чем дуплекс. Дуплекс – это надежный вариант для большинства установок с водяным-охлаждением при правильной эксплуатации и обслуживании.

Что делать, если обнаружен MIC
В случае, если в дуплексном теплообменнике наблюдается точечная коррозия MIC, необходимо выполнить следующие действия:

Подтвердите диагноз, выполнив металлографический анализ поперечного сечения ямы-и бактериальную культуру. Ищите залежи сульфидов и характерную морфологию подрезов.

Определите степень, вставив бороскоп или используя вихревой ток для осмотра каждой трубки. Можно ли заткнуть трубку (если она неглубокая и неглубокая) или потребуется ее замена, зависит от количества и глубины ямок.

Немедленно улучшите очистку воды, добавив программу механической очистки, увеличив дозировку биоцида или перейдя на более эффективный биоцид. Перейдите на постоянное лечение, если растение получало лишь нерегулярный уход.

Отремонтируйте или замените. Если после обработки скорость коррозии снижается, допускается наличие неглубоких ямок (глубиной менее 0,3 мм) в толстостенных-трубах. Отдельные трубки необходимо затыкать в более глубокие ямы или группы. Замена трубок или замена теплообменника рекомендуется, если повреждено более 10–15% трубок.

Изучите рабочие процедуры, чтобы убедиться, что отключения выполняются правильно (слейте воду и высушите теплообменник). Если это вообще возможно, увеличьте скорость воды.

В заключение
Микробиологическая коррозия — это биологическая битва с металлом, которую можно выиграть, сочетая обычную физическую очистку с надлежащей химической гигиеной. Даже высококачественные сплавы-подвержены риску микробиологической коррозии в теплообменниках из дуплексной нержавеющей стали с водяным-охлаждением. Биопленки, образованные сульфатвосстанавливающими бактериями и другими микроорганизмами, создают локально кислую, сульфидную и дезоксигенированную среду, что приводит к быстрому образованию язв, которые могут проникнуть через стенки трубок за считанные месяцы. Для профилактики необходимо поддерживать скорость воды выше 1,5 м/с, предотвращать застой во время простоев, периодическую механическую очистку (щеткой или гидроструйной обработкой), а также постоянную или регулярную обработку биоцидами. Для жизни даже самому сложному сплаву необходима чистая атмосфера. Дуплексные теплообменники могут обеспечить расширенную,-безаварийную эксплуатацию, если распознать опасность и внедрить строгий график очистки воды и трубок. Однако высокоэффективный-сплав становится ситом, если игнорировать MIC.