Oorzaken van roest en perforatie in koeltorens na enkele jaren gebruik

 

 

 

 

 

 

I. Kerncorrosiemechanisme: Elektrochemische corrosie domineert het proces van roesten en perforatie

 

 

 

 

 

De metalen onderdelen van koeltorens (meestal koolstofstaal en gegalvaniseerd staal) worden lange tijd blootgesteld aan een water{0}}lucht-grensvlakomgeving, waar gemakkelijk talloze micro-galvanische cellen op het oppervlak worden gevormd, wat voortdurende elektrochemische corrosie veroorzaakt – de hoofdoorzaak van roest en perforatie.

 

IJzeratomen in het anodegebied ondergaan oxidatiereacties en lossen geleidelijk op in ijzerionen (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻), waardoor voortdurend verlies van de metaalmatrix ontstaat; reductiereacties vinden plaats in het kathodegebied, waar opgeloste zuurstof in water zich combineert met elektronen om hydroxide-ionen te genereren (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻), waardoor de corrosiereactie continu wordt aangedreven.

 

 

Ferrohydroxide [Fe(OH)₂] geproduceerd door de corrosiereactie wordt verder geoxideerd tot ijzerhydroxide [Fe(OH)₃], waardoor uiteindelijk losse en poreuze roest ontstaat. In tegenstelling tot dichte metaaloxidefilms kan roest geen bescherming bieden; in plaats daarvan absorbeert het vocht en zuurstof, waardoor de corrosie van de binnenste metaallaag wordt versneld.

 

 

Vooral als er chloride-ionen in water aanwezig zijn, dringen ze snel door de passivatiefilm op het metaaloppervlak en vormen ze afgesloten cellen, waardoor lokale putcorrosie ontstaat.

 

 

Naarmate de putvorming zich voortdurend verdiept, ontstaat er uiteindelijk perforatie, wat de kernoorzaak is voor perforatie op korte- termijn in veel koeltorens.

 

 

 

 

 

 

II. Vier belangrijke versnellende factoren: sleutels tot snelle roestperforatie binnen 3 tot 5 jaar

 

(1) Verslechtering van de kwaliteit van het circulerende water verhoogt de corrosiesnelheid aanzienlijk

 

 

 

 

 

 

Circulerend water fungeert als een "katalysator" voor corrosie van de koeltoren. Verslechtering van de waterkwaliteit versnelt direct de metaalcorrosie en is de meest kritische versnellende factor. Tijdens de werking van de koeltoren leidt de continue verdamping van water tot de concentratie van zouten zoals chloride-ionen en sulfaatradicalen in water, waardoor de geleidbaarheid van het water sterk toeneemt en de elektrochemische corrosiesnelheid drie tot vijf keer toeneemt.

 

 

Ondertussen verergert de ongecontroleerde pH-waarde van circulerend water de corrosie: wanneer de pH lager is dan 6,5, is het water zuur en lost het de metaalmatrix direct op; wanneer de pH hoger is dan 9, vormt zich gemakkelijk kalkaanslag. Kalkaanslag op het metalen oppervlak veroorzaakt onder-afzettingscorrosie, waardoor lokale verschillen in de zuurstofconcentratie ontstaan ​​en het roesten wordt versneld.

 

 

 

 

 

Bovendien verzadigt het sproei- en beluchtingsproces van koeltorens opgeloste zuurstof in water (meestal 8–10 mg/l), waardoor de kathodereactie voortdurend wordt versterkt en aanhoudende corrosie wordt bevorderd. Micro-organismen zoals bacteriën en algen vormen in water biofilms en hun metabolisme produceert zure stoffen zoals waterstofsulfide, waardoor de passivatiefilm op het metaaloppervlak verder wordt beschadigd en de lokale corrosie wordt versterkt.

 

 

 

(2) Vroegtijdig falen van anti--corrosiecoatings berooft metalen van beschermende barrières

 

 

 

 

Anti{0}}corrosiecoatings op metalen onderdelen van koeltorens dienen als de eerste verdedigingslinie tegen corrosie. Bij vroegtijdig falen van de coating worden metalen direct blootgesteld aan corrosieve omgevingen, wat leidt tot snel roesten.

 

Het falen van coatings komt voornamelijk voort uit drie aspecten: ten eerste, constructiefouten – tijdens de installatie is bij veel koeltorens het metalen oppervlak onvolledig ontroest (het voldoet niet aan de Sa2.5-norm), wat resulteert in een slechte hechting tussen coatings en metaalmatrices, en vervolgens barsten en afbladderen; ten tweede, schade aan het milieu – ultraviolette straling, dagelijkse temperatuurschommelingen, schurende waterstromen en stofslijtage in open- luchtomgevingen verouderen geleidelijk en barsten in coatings, waardoor hun bescherming teniet wordt gedaan;

 

 

ten derde, structurele gaten – coatings kunnen niet gelijkmatig worden aangebracht op lassen, flenzen en componentverbindingen, waar water en stof zich ophopen en ‘rampgebieden’ van corrosie worden die eerst roesten en geleidelijk binnendringen.

 

 

 

(3) Inherente tekortkomingen in materiaalkeuze en structuur verzwakken de corrosieweerstand

 

 

Onjuiste materiaalkeuze is een belangrijke inherente factor voor het roesten van koeltorens op korte- termijn. Om de kosten te verlagen gebruiken veel fabrikanten gewoon koolstofstaal of gegalvaniseerd staal voor torenlichamen, steunen en andere componenten, die een slechte corrosieweerstand hebben, vooral in omgevingen met hoog-zout of zuur water en extreem hoge corrosiesnelheden.

 

Onvoldoende dikte van de verzinkte laag en ondermaatse verzinkingsprocessen veroorzaken een snelle slijtage en afbladderen van de verzinkte lagen, waardoor hun beschermende werking verloren gaat. Ondertussen leidt een onredelijk structureel ontwerp van de koeltoren, zoals buitensporige openingen bij de verbindingen van componenten en slechte drainage, op de lange- termijn tot wateraccumulatie en lokale corrosieve omgevingen. Een onjuist ontwerp van de loefzijde van de toren veroorzaakt een turbulente luchtstroom, waardoor waterdamp sneller op metalen schuurt en de corrosie verergert.

 

 

 

(4) Onvoldoende exploitatie- en onderhoudsbeheer verergert corrosie

 

 

 

Veel gebruikers verwaarlozen de dagelijkse bediening en het onderhoud van koeltorens, waardoor corrosieproblemen onopgemerkt en ongecontroleerd blijven en zich uiteindelijk snel ontwikkelen tot perforatie.

 

Veelvoorkomende tekortkomingen bij het onderhoud zijn onder meer: ​​het niet regelmatig testen van de kwaliteit van het circulerend water en het niet op tijd toevoegen van corrosieremmers en kalkremmers, wat leidt tot aanhoudende verslechtering van de waterkwaliteit;

 

het niet regelmatig reinigen van aanslag, biofilms en puin in de toren, waardoor de lokale corrosie toeneemt; het niet regelmatig inspecteren van anti{0}}corrosiecoatings en het tijdig repareren van scheuren en afbladderen, waardoor metalen voortdurend bloot komen te liggen;

 

gebrek aan antivriesmaatregelen in de winter, waardoor scheuren in metalen onderdelen ontstaan ​​als gevolg van bevriezing-dooicycli en doorbraakpunten voor corrosie worden.

 

 

 

III. Conclusie

 

 

Roest en perforatie in koeltorens na meerdere jaren dienst worden niet veroorzaakt door één enkele factor, maar door de combinatie van elektrochemische corrosie als kern, samen met de lange- termijn superpositie van verslechtering van de waterkwaliteit, defecten aan de coating, materiaal- en structurele defecten, en inadequate bediening en onderhoud.

 

 

Om de levensduur van koeltorens te verlengen, moeten de inspanningen bij de bron beginnen: het selecteren van zeer corrosie{0}}bestendige materialen, het standaardiseren van de constructie van anti- corrosiecoatings, het versterken van de kwaliteitscontrole van het circulerend water, het uitvoeren van dagelijkse bedrijfs- en onderhoudsinspecties en het tijdig aanpakken van verborgen corrosierisico's. Alleen op deze manier kan de corrosiesnelheid effectief worden vertraagd en voortijdige roestvorming en perforatie worden vermeden.