Jak ovlivní teplota vlhkého teploměru okolního vzduchu rychlost koroze neponořené části (párové fáze) titanového ohřívače?

The corrosion rate of the unsubmerged (vapor phase) section of a titanium immersion heater being operated by a process engineer in an open tank where the top portion is exposed to vapor and ambient air is directly influenced by the wet-bulb temperature of the ambient air. The equilibrium moisture content on the titanium surface is determined by the wet-bulb temperature. If the wet-bulb temperature is high (e.g., >25 stupňů, vysoká vlhkost), vlhkost bude kondenzovat na chladnějším titanovém povrchu (pokud je povrchová teplota pod rosným bodem). Tato vrstva kondenzátu obsahuje rozpuštěné plyny (kyslík, oxid uhličitý, chloridy) a může být korozivní. Pokud je teplota mokrého teploměru nízká (např. < 15 stupňů, suchý vzduch), titanový povrch zůstane suchý a pasivní a koroze je nevýznamná. Například titanový ohřívač v horké (80stupňové) lázni okyselené vody při okolní mokré-teplotě baňky 28 stupňů může utrpět důlkovou korozi rychlostí 0,05-0,2 mm/rok v neponořené části, zatímco identický ohřívač v suchém klimatu (mokrá baňka 10 stupňů) žádnou významnou korozi nevykazuje.

Mechanismus koroze v parní fázi titanu
Neponořená část titanového ohřívače je vystavena výparům z procesní kapaliny a okolního vzduchu. Pára se skládá z těkavých látek (HCl, mlha H2SO4, organické kyseliny nebo vodní pára). Pokud je okolní teplota vlhké-baterie vysoká a povrchová teplota je nižší než rosný bod směsi páry se vzduchem-, bude na povrchu titanu kondenzovat vlhkost. Zkapalněný kondenzát vytváří tenký elektrolytický povlak (obvykle 1{10}}100 µm silný), který absorbuje korozivní plyny (CO₂, SO₂, Cl₂) ze vzduchu a těkavé kyseliny z páry. Film je velmi nepřátelský kvůli svému velkému poměru plochy povrchu k objemu a protože při odpařování koncentruje korozivní látky. Za těchto podmínek je možné narušit pasivní film titanu a iniciovat důlkovou nebo štěrbinovou korozi na rozhraní pára-kapalina.

Kvantifikace rychlosti koroze v parní fázi vs. teplota vlhkého-baterie
Okolní vlhko-Teplota žárovky ( stupně ) Relativní vlhkost (%) Kondenzace na povrchu Ti (při 40 stupních teplotě povrchu) Rychlost koroze v parní fázi (mm/rok) Dominantní druhy Úroveň rizika < 10 < 30 Žádné (suché) < 0,005 Žádné (zanedbatelné – 0,01 Občasné) 0.05 Občasné zředěná kyselinaNízká 15-20 50-70 Častá (tenký film) 0,01-0,05 Kyselá mlha + chloridy20-25 70-85 Nepřetržitá (tenká vrstva) 0,05-0,15 Koncentrovaná kyselina + chloridy Vysoká 25-30 85-95 Nepřetržitá (silnější film) 0,15-0,30 > Vysoce koncentrovaná 30Severeding 0,10-0,20 (myté) Ředění kapáním Mírné (myté)
Průvodce řízením koroze v parní fázi založený na scénářích
Složení páry Kapalina ProcesAmbient Wet-Teplota žárovky (stupně) Riziko koroze v neponořené části Doporučeno zmírnění
Horká voda, neutrální Pouze vodní pára Jakákoli Nízká Není potřeba žádná akce
Zředěná HCl (5%) HCl mlha + vodní pára 15 Nízký obsah titanu se odpařuje (žádný efekt)
HCl mlha + vodní pára Zředěná HCl (5%) 25 Střední sekce parní fáze potažená PTFE
Koncentrovaná HCl (20%) Pára HCl + vodní pára 25 Vysoká Použijte uzavřenou nádrž s odsáváním par
Horká solanka (20% NaCl) Vodní pára + solná mlha 28 Vysoká (důlková) Část parní fáze elektrolytického leštění. Přidejte vodní sprej, abyste zabránili hromadění soli.
50% kyselina sírováH₂SO4 mlha + vodní pára 25 Střední až vysoká Prodlužte zahřátou část, abyste udrželi povrch nad rosným bodem
Kyselina chromová (pokovovací lázeň) Výpary kyseliny chromové 20 Nízká (inhibuje chromát) Není vyžadován žádný zásah (chromáty pasivují)
Organické rozpouštědlo (žádná voda) Páry rozpouštědla Jakákoli Velmi nízká Žádná kondenzace vody. Povrch je suchý.
Technické přístupy ke snížení koroze v parní fázi
Když na neponořené části titanového ohřívače dochází ke korozi v plynné fázi v důsledku vysokých teplot vlhkého-baterie (> 20 stupňů), jsou účinná čtyři zmírnění. Prvním zmírněním je zvednout ohřívanou část výše nad hladinu kapaliny. Teplota titanového povrchu musí být udržována nad rosným bodem (např. > 45 stupňů pro 25stupňovou mokrou-baterii), aby se zabránilo kondenzaci. To vyžaduje, aby ohřívač byl konstruován tak, aby ohřívací prvek zasahoval do oblasti parní fáze a udržoval tak titanové pouzdro vyhřívané. Druhé zmírnění je pokrytí výše uvedené vodní plochy PTFE nebo fluoropolymerem. Povlak brání kondenzovanému elektrolytu v napadání povrchu titanu. Konečným zmírněním je instalace zařízení na odsávání par (odsávací digestoř), které odstraní korozivní výpary a minimalizuje vlhkost nad nádrží. Kondenzaci se zabrání, pokud teplota mokrého teploměru klesne pod 15 stupňů. Čtvrtým zmírněním je použití vodního postřiku nebo odstraňovače mlhy pro nepřetržité čištění neponořené části, aby se zabránilo koncentraci korozivních látek.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 stupňů)
Teplota mokrého teploměru okolního vzduchu přímo ovlivňuje rychlost koroze neponořené části titanového ohřívače (ve fázi páry). Pokud je teplota mokré-bulbovky nižší než 15 stupňů (suché podmínky), titanový povrch zůstane suchý a nebude-korozivní. Když je teplota vlhkého teploměru vyšší než 25 stupňů (vlhké podmínky), vlhkost kondenzuje na chladnějším titanovém povrchu a vytváří tenký film elektrolytu, který absorbuje korozivní plyny a odpařováním koncentruje druhy. V drsných prostředích (např. horká HCl nebo solanka s vysokou okolní vlhkostí) může rychlost koroze v parní fázi dosahovat až 0,15-0,30 mm/rok, což vede k důlkové korozi a perforaci neponořené části za 2-5 let. Mezi zmírnění patří zahřívání části nad rosným bodem, která není ponořená, nanášení povlaků PTFE nebo provádění odsávání par, aby se minimalizovala teplota vlhkého teploměru. Pro jakoukoli aplikaci s korozivními výpary a vysokou okolní vlhkostí bude specifikace titanového ohřívače vyžadovat, aby dodavatel měl k dispozici projektovaný rozsah teplot vlhkého teploměru, aby mohla být neponořená část vhodně navržena (rozšířené zahřívání, nátěr nebo zušlechťování materiálu).