Quines amenaces de corrosió induïda microbiològica (MIC) existeixen als intercanviadors refrigerats per aigua-d'acer inoxidable dúplex?

Més que una simple restricció de flux, un recobriment viscoso dins d'un tub d'acer inoxidable dúplex és una colònia viva de bacteris que poden consumir forats a través de la paret. Fins i tot els acers d'alt-aliatge són susceptibles a un perill ocult conegut com a corrosió microbiològica induïda o MIC. Per evitar fuites no planificades i costosos temps d'inactivitat, és crucial comprendre la corrosió induïda microbiològicament als intercanviadors refrigerats per aigua-d'acer inoxidable dúplex.

La base biològica de l'atac
A causa de la seva resistència superior a l'esquerdament per corrosió per tensió i a la picada de clorur, es prefereixen els acers inoxidables dúplex (com el 2205 i el 2507). Tanmateix, són susceptibles a la corrosió causada pels microbis. Els bacteris-reductors de sulfats (SRB) són els delinqüents més freqüents. En aigua estancada o que flueix lentament, aquests microbis anaeròbics floreixen i estableixen colònies dins d'un biofilm protector, que és una matriu viscosa de proteïnes, polisacàrids i detritus cel·lular que s'adhereix fermament a la superfície metàl·lica.

L'entorn immediatament a sota del biofilm canvia dràsticament de l'aigua a granel després de desenvolupar-se. Els bacteris degraden els ions sulfat (SO₄²⁻) de l'aigua a sulfur d'hidrogen (H₂S) consumint recursos orgànics. Els bacteris aeròbics que resideixen a la part superior del biofilm consumeixen oxigen, mentre que els subproductes metabòlics bacterians produeixen acidesa localitzada. El resultat és un microentorn que és:

Àcid: el pH pot baixar fins a 4.

Desoxigenat: impedeix que la pel·lícula d'òxid passiu sigui reparada.

abundant en sulfur d'hidrogen, una substància corrosiva que s'adreça a les capes passives d'acer inoxidable.

En aquest microentorn hostil, el recobriment passiu d'òxid de crom que normalment protegeix l'acer dúplex es torna inestable. La picada comença en els punts febles, sovint en defectes superficials o inclusions de sulfurs. L'interior d'una fossa, on les circumstàncies són considerablement més reductores i riques en sulfur-, és colonitzat per bacteris un cop ha començat la fossa. Com que la cèl·lula de corrosió és autosuficient, l'assalt és accelerat pels bacteris que creixen a la fossa i produeixen més H2S.

L'entorn tòxic que produeixen els bacteris és el que causa l'oxidació, no els mateixos bacteris. En pocs mesos, un biofilm tan prim com 0,1 mm pot produir profunditats de forats de molts mil·límetres.

Les raons per les quals l'acer inoxidable dúplex no és immune
Els acers inoxidables dúplex depenen d'una pel·lícula passiva prima i oxidant, en contrast amb el titani o alguns aliatges de coure-níquel, que presenten una forta resistència al MIC a causa de la seva estabilitat a l'òxid o de les seves qualitats biocides inherents. Només en ambients neutres a lleugerament alcalins, oxigenats, aquesta pel·lícula és estable. La pel·lícula es desintegra sota el biofilm reductor, àcid i carregat de sulfur-. Tot i que el dúplex té una major resistència al MIC que el 316L a causa del seu alt contingut en crom i molibdè (22-25% Cr, 3-4% Mo), l'aliatge no és immune. Tot i que la corrosió general era mínima, s'han informat diverses fallades de camp en les quals 2205 tubs en servei de refrigeració d'aigua de mar o d'aigua salobre van experimentar fosses MIC profundes després de només dos o cinc anys de servei.

Els SRB es troben en moltes vies fluvials naturals, com ara llacs, rius, oceans i fins i tot sistemes d'aigua de refrigeració tractada amb nivells baixos de biocides o zones estancades. Qualsevol-intercanviador de calor refrigerat per aigua que funcioni a temperatures entre 20 i 60 graus -l'interval en què creixen la majoria de SRB-és vulnerable, especialment si el flux d'aigua és esporàdic o s'acumulen dipòsits.

Inspecció i símptomes visuals de MIC
Les fosses MIC es poden distingir de les perforacions de clorur o altres tipus de corrosió per les seves característiques distintives:

Morfologia agressiva i socavada: la cavitat de sota és àmplia, poc profunda o de forma irregular, semblant a un "forat de cuc" o una xarxa de micro-foses connectades. La boca del pou és freqüentment petita (1-3 mm).

Dipòsits negres o marró fosc: el sulfur de ferro (FeS), un subproducte comú, dóna a la fossa i al biofilm que l'envolta un aspecte negre i alquitranat.

Olor de sulfur: quan el dipòsit està alterat, pot haver-hi una olor d'ou podrit (sulfur d'hidrogen).

Clústers localitzats: el MIC es manifesta amb freqüència com un grup de fosses en oposició a les fosses individuals àmpliament disperses.

La superfície metàl·lica fora del biofilm encara és brillant i il·lesa; no hi ha deteriorament general.

Entre les tècniques d'inspecció es troben:

Examineu de prop l'interior dels tubs per detectar dipòsits marrons o negres o taques fosques i viscoses.

Després de l'eliminació del biofilm, les proves de penetrants de colorants poden identificar microesquerdes o forats.

El mètode no-destructiu per detectar picades als tubs s'anomena prova de corrents de Foucault (ECT). En contrast amb els danys mecànics, les fosses MIC generen senyals distintius.

Mostreig de bacteris: la presència de bacteris es confirma mitjançant l'eliminació del biofilm, el cultiu per a SRB o les proves genètiques (com ara qPCR).

Prevenció: mantenir els bacteris fora de casa
Es necessita una estratègia de barreres múltiple-per evitar el MIC en els intercanviadors dúplex d'acer inoxidable refrigerats per aigua-. Una combinació dels següents és força eficaç, però cap estratègia única garanteix la protecció.

1. Tractament biocida consistent
Com que els biocides oxidants trenquen els biofilms i destrueixen instantàniament els bacteris, són els més efectius. Opcions típiques:

Clor o hipoclorit: mantenir el contingut de clor residual lliure de l'aigua de refrigeració entre 0,1 i 0,5 ppm. A aquestes baixes concentracions, Duplex 2205 és resistent al clor. No obstant això, la picadura pot resultar d'una cloració excessiva (més de 2 ppm).

Diòxid de clor: menys corrosiu i més eficient contra els biofilms que el clor. La dosi habitual és d'entre 0,1 i 0,3 ppm.

L'ozó és un potent oxidant que es descompon completament en oxigen. s'utilitza en sistemes de refrigeració amb bucles tancats.

Per aturar la resistència bacteriana, sovint s'utilitzen biocides no-oxidants (com ara glutaraldehid i isotiazolones), sovint en combinació amb oxidants. Per mantenir els nivells residuals, el biocida s'ha d'administrar contínuament o almenys dues vegades al dia.

2. Neteja mecànica regular
Els biofilms establerts no es poden eliminar només amb tractament químic. Els interiors dels tubs s'han de netejar mecànicament de manera regular (cada sis o dotze mesos, per exemple):

El raspallat de tubs consisteix a estirar o empènyer un raspall giratori amb truges d'acer inoxidable o niló a través de cada tub. D'aquesta manera s'eliminen el biofilm i qualsevol dipòsit solt.

Hidroblast: els biofilms tenaços es poden eliminar de manera eficaç amb dolls d'aigua d'alta-pressió (5.000-10.000 psi). Els extrems dels tubs no s'han de fer malbé.

Neteja-de boles d'esponja: per a la neteja en línia, les superfícies del tub s'esborren contínuament fent circular boles d'esponja amb aigua refrigerada.

Per aturar el creixement ràpid, el sistema s'ha de rentar i tornar a{0}}dosificar amb biocida després de la neteja mecànica.

3. Mantingueu alta la velocitat de l'aigua
En un flux turbulent i d'{0}}alta velocitat, els bacteris tenen problemes per adherir-se i formar biofilms. Per a l'acer inoxidable dúplex en el servei d'aigua de refrigeració, es recomana una velocitat lateral del tub-d'almenys 1,5-2,0 m/s. El risc de MIC augmenta significativament a velocitats inferiors a 1 m/s, especialment en tubs rectes amb flux laminar. Minimitzeu les cames mortes, les zones-de flux baix i les zones de flux alterades que envolten les làmines de tubs.

4. Evita les situacions estancades
L'aigua de refrigeració s'ha d'eliminar de l'intercanviador durant les parades de la planta o els temps d'inactivitat, i els tubs s'han d'assecar i netejar amb aigua dolça. Com a alternativa, el biocida es pot utilitzar per mantenir una recirculació de flux baix-. El creixement del biofilm prospera a l'aigua estancada, i fins i tot uns quants dies d'estancament poden establir colònies SRB.

5. Selecció de materials per a situacions greus
Es podria tenir en compte un aliatge més resistent si una planta té un historial de MIC greu fins i tot amb un tractament adequat de l'aigua. Com que el titani (grau 2) no millora activament l'adherència al biofilm i el seu recobriment passiu és estable fins i tot en circumstàncies decreixents, el titani és en gran part immune a MIC. Com que s'alliberen ions de coure, els aliatges de coure-níquel (90/10 o 70/30) tenen naturalment qualitats biocides. Tots dos, però, costen molt més que el dúplex. Dúplex és una opció fiable per a la majoria d'aplicacions-refrigerades per aigua amb un funcionament i un manteniment adequats.

Com procedir si es troba MIC
Els passos següents s'han d'implementar en cas que un intercanviador dúplex mostri picadura de MIC:

Verifiqueu el diagnòstic fent una anàlisi metal·logràfica d'una secció transversal-de fossa i un cultiu de bacteris. Busqueu els dipòsits de sulfurs i la morfologia distintiva del socavat.

Determineu l'extensió inserint un endoscopi o utilitzant proves de corrent de Foucault per examinar cada tub. Si es pot obturar el tub (si és poc profund i poc profund) o si es requereix un retub depèn de la quantitat i la profunditat de les fosses.

Milloreu el tractament de l'aigua immediatament afegint un programa de neteja mecànica, augmentant la dosi de biocida o canviant a un biocida més potent. Canviar a tractament continu si la planta només ha estat rebent cures ocasionals.

Repareu o substituïu: si la taxa de corrosió disminueix després del tractament, poden ser acceptables fosses poc profundes (menys de 0,3 mm de profunditat) en tubs de paret gruixuda-. Els tubs individuals s'han de connectar a fosses o grups més profunds. S'aconsella tornar a tub o substituir l'intercanviador si més del 10-15% dels tubs estan afectats.

Examineu els procediments operatius per assegurar-vos que les parades es gestionen correctament (buixar i assecar l'intercanviador). Si és possible, augmenta la velocitat de l'aigua.

En conclusió
La corrosió microbiològica induïda és una batalla biològica contra el metall que es pot guanyar combinant la neteja física rutinària amb una higiene química adequada. Fins i tot els aliatges d'-alt grau corren el risc de corrosió induïda microbiològicament en intercanviadors d'acer inoxidable dúplex refrigerats per aigua-. Els biofilms formats per bacteris-reductors de sulfat i altres microorganismes proporcionen un entorn localment àcid, sulfur i desoxigenat, donant lloc a una ràpida perforació que pot penetrar a les parets del tub en qüestió de mesos. El manteniment de la velocitat de l'aigua per sobre d'1,5 m/s, la prevenció de condicions d'estancament durant les parades, la neteja mecànica ocasional (raspallat o hidroblasting) i el tractament biocida continu o regular són tots necessaris per a la prevenció. Per viure, fins i tot l'aliatge més sofisticat requereix un ambient net. Els intercanviadors dúplex poden oferir un servei extens-sense problemes en reconèixer el perill i establir un estricte programa de tractament d'aigua i neteja de tubs. Tanmateix, un aliatge-d'alt rendiment es converteix en un garbell si s'ignora el MIC.