Grafenbaserat korrosionsskydd med antifouling egenskaper för plattvärmeväxlare

Foto: Alfa Laval

Syfte och mål

Syftet med projektet var att utveckla en multifunktionell kompositbeläggning för plattvärmeväxlare genom användning av grafen och relaterade material (GRM) som specialtillverkats för ändamålet.

För att passa olika krävande vattenbaserade tillämpningar bör beläggningen ge korrosionsskydd i krävande marina miljöer upp till 90 °C och samtidigt förhindra påväxt i processvatten från exempelvis livsmedelsindustrin.

Förväntade effekter och resultat

Beläggningen skall vara färdig för validering av Alfa Laval tillsammans med utvalda slutanvändare under 2017-2018.

Genom att ersätta titanbaserade värmeväxlare med belagt rostfritt stål kan kostnaderna minskas med 60-70 procent. Marknadsstorleken för kostnadseffektiva belagda plattvärmeväxlare uppskattas till 120 miljoner € per år.

Resultat

Ett grafen eller grafenrelaterat material (GRM) baserat beläggningssystem har utvecklats för plattvärmeväxlare i krävande vattenhaltiga applikationer.

Beläggningen utvecklades för att erhålla ett värmeledande korrosionsskydd och anti-biofouleringsskikt på rostfritt stål. För att uppnå en grafenbeläggning med god vidhäftning på den rostfria ytan måste olika parametrar väljas, såsom: ytbehandling, användning av primers, ett lämpligt bindemedel, grafenplättens storlek och tillsättning av additiv. Den utvecklade beläggningen befanns vara resistent mot 3,5% NaCl vid 85 ° C.

De långsiktiga barriäregenskaperna hos belagda plattvärmeväxlare, som planerades att utvärderas av Alfa Laval, har inte avslutats på grund av svårigheter att spruta beläggningarna på värmeväxlarplattorna.

Under projektet upptäcktes att bindemedlets natur och storleken på grafenplättarna var kritiska för en bra prestanda av beläggningen i korrosiva miljöer.

Även om grafenbaserade beläggningar har en stor potential som både korrosions- och antifoulingapplikationer, är det inte möjligt att använda det i kommersiella beläggningar för plattvärmeväxlare under de närmaste åren. Följande utmaningar hindrar grafenbeläggningar kommersialisering för plattvärmeväxlare applikationer:

• Pålitlig kvalitet
• Uppskalning av produktionen
• Appplieringsmetoder
• Konkurrenskraftigt pris

Projektet skulle haft nytta av att ha en partner med erfarenhet av att spraya grafendispersioner på värmeväxlareplattor.

Abstract in English

Graphene-based Anti-fouling and Protective Coatings for Heat Exchangers

The objective of this project was to develop a multifunctional and multipurpose composite coating system for heat exchangers by the use of purpose made Graphene and Related materials (GRMs). To suit most aqueous applications of plate heat exchangers, it should be corrosion resistant in highly demanding marine environment up to 90 °C as well as prevent biofouling in process water from the food industry.

The project partners are Alfa Laval, SP Technical Research Institute of Sweden and KTH Royal Institute of Technology.

A 60-70 % cost reduction is expected by replacing titanium-based heat exchanger with coated stainless steel.

The addition of graphene can enhance the barrier properties of the coating and thus, enables a reduction of the coating thickness, enhancing the thermal dissipation of the system.

Results
A Graphene or Graphene Related Material (GRM) based coating system was developed for plate heat exchangers in demanding aqueous applications. The coating was developed in order to obtain a heat conducting corrosion protection and anti-biofouling layer on stainless steel. In order to achieve a graphene coating with good adhesion to the stainless steel surfac,e different parameters had to be selected, such as: surface pretreatment, use of primers, a proper binder, graphene platelet size and addition of additives. The developed coating was found to be resistant to 3.5% NaCl at 85°C.

The long-term barrier properties of coated plate heat exchangers, which were planned to be evaluated by Alfa Laval, have not been concluded due to difficulties in spraying the coatings on the heat exchangers plates.

During the project it was found that the nature of the binder and size of the graphene platelets were critical for a good performance of the coating in corrosive environments.

Even though graphene based coatings have a huge potential as both anti-corrosion and anti-fouling applications, its use in commercial coatings for plate heat exchangers is not foreseen in the next couple of years. The following challenges hinder graphene coatings commercialization for plate heat exchanger applications:
• Reliable quality
• Scaling-up production
• Application methods
• Competitive price

The project would have benefit by having a partner with experience in spraying graphene dispersions onto heat exchangers plates.

Utlysning:
Förstudieprojekt och Forsknings- och Innovationsprojekt våren 2016

Projektpartners: Alfa Laval Lund, SP och KTH

Projektledare: Olga Santos, Alfa Laval

Projektform: Forsknings- och innovationsprojekt

Bidrag: 753 500 kr

Projektets löptid: 2016-2017

Relaterade projekt:
Graphene-based Coatings for Heat Exchangers

Relaterade styrkeområden:

Ytbeläggning