Strumienie odrzutów z odwróconej osmozy (RO) skupiają wszystkie substancje odrzucone przez membranę, w tym chlor dodany przed membraną w celu kontroli osadów biologicznych. Typowy odrzut RO zawiera 10 000–30 000 ppm chlorku, 200–1 000 ppm siarczanu i resztkowy wolny chlor w ilości 0,5–5 ppm. W temperaturach powyżej 45 stopni połączenie dużej ilości chlorków i resztkowego chloru tworzy poważne środowisko wżerowe dla tytanu klasy 2. Wolny chlor (Cl₂) i kwas podchlorawy (HOCl) są silnymi utleniaczami, które podnoszą potencjał elektrochemiczny powierzchni tytanu. Podczas gdy umiarkowane utlenianie stabilizuje warstwę pasywną, nadmierne utlenianie-w połączeniu z dużą ilością chlorków-powoduje transpasywne rozpuszczanie i wżery. Zrozumienie maksymalnego tolerowanego stężenia chloru jest niezbędne w zastosowaniach z podgrzewaczem odrzutów RO.

Mechanizm powstawania wżerów wywołanych chlorem-

W roztworach chlorków pasywność tytanu zależy od utrzymania potencjału powierzchniowego w stabilnym oknie. Wolny chlor działa jak depolaryzator katodowy, przesuwając potencjał mieszany do wartości bardziej dodatnich. Przy niskich stężeniach chloru (poniżej 0,5 ppm) to przesunięcie zwiększa pasywność. Przy umiarkowanych stężeniach (0,5–2 ppm) potencjał dociera do obszaru transpasywnego, gdzie lokalnie rozkłada się warstwa TiO₂. Jony chlorkowe migrują następnie do miejsc rozkładu, tworząc wgłębienia. Przy wysokich stężeniach (powyżej 2 ppm) rozpuszczanie transpasywne staje się ciągłe. Krytyczne stężenie chloru maleje wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ folia pasywna staje się mniej stabilna w wyższych temperaturach.

Ilościowy związek między chlorem, chlorkiem i wżerami

Kontrolowane testy syntetycznego odrzutu RO (20 000 ppm Cl⁻, 500 ppm SO₄²⁻, pH 7,5) w temperaturze 45 stopni ustaliły następujące progi wżerów dla tytanu klasy 2:

Wolny chlor poniżej 0,3 ppm: Brak wżerów po 2000 godzinach. Potencjał powierzchniowy pozostaje w zakresie pasywnym. Dopuszczalne do pracy ciągłej.

Wolny chlor w stężeniu 0,3–0,8 ppm: Występują metastabilne wżery, ale wżery ulegają repasywacji. Brak stabilnych wżerów po 2000 godzinach. Dopuszczalne przy corocznym przeglądzie.

Wolny chlor w stężeniu 0,8–1,5 ppm: Stabilne wżery rozpoczynają się po 200–500 godzinach. Maksymalna głębokość wżeru 0,2 mm po 1000 godzinach. Usługa marginalna w przypadku-rur o grubych ściankach (minimum 1,5 mm).

Wolny chlor w stężeniu 1,5–2,5 ppm: Stabilne wżery inicjują się w ciągu 50–100 godzin. Szybkość propagacji jamek 0,02–0,05 mm na godzinę. Perforacja ściany o grubości 1,2 mm w ciągu 1–3 miesięcy.

Wolny chlor powyżej 2,5 ppm: Szybkie wżery rozpoczynają się w ciągu 24 godzin. Szybkość propagacji jam przekraczająca 0,1 mm na godzinę. Nie nadaje się do żadnego grzejnika tytanowego.

Wpływ temperatury na tolerancję chloru

Maksymalne tolerowane stężenie chloru maleje wykładniczo wraz z temperaturą:

Przewodnik dotyczący zarządzania chlorem i zapobiegania wżerom

Poniższa tabela przedstawia ramy decyzyjne dotyczące obsługi grzejników tytanowych w strumieniach odrzutów RO w oparciu o stężenie chloru i temperaturę:

Inżynieria wykraczająca poza stężenie chloru

Chlor występuje w wielu postaciach w zależności od pH. Wolny chlor (HOCl + OCl⁻) jest bardziej agresywny niż chlor związany (chloraminy). Przy pH poniżej 6 dominuje HOCl, a ryzyko wżerów jest 2–3 razy wyższe niż przy pH 8. Bromek w odpadach RO (pochodzących z wtargnięcia wody morskiej) reaguje z chlorem, tworząc kwas podbromowy, który jest podobnie agresywny. Gatunek tytanu wpływa na tolerancję chloru: Stopień 7 (stabilizowany palladem-) podnosi dopuszczalną granicę chloru o 30–50%, ponieważ pallad katalizuje reakcje katodowe, zmniejszając gęstość prądu anodowego. Grubość ścianki zapewnia margines bezpieczeństwa; ściana o grubości 1,5 mm z zawartością chloru 1,2 ppm może przetrwać 2000 godzin, podczas gdy ściana o grubości 0,9 mm ulegnie zniszczeniu w ciągu 500 godzin.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku określania grzejnika tytanowego do obsługi odrzutów RO powyżej 45 stopni, należy wymagać odchlorowania na wejściu do poziomu poniżej 1,0 ppm wolnego chloru. Określ tytan klasy 7 dla dowolnego poziomu chloru powyżej 0,5 ppm. Za instalacją odchlorowania należy zainstalować czujnik chloru z alarmem ustawionym na 1,0 ppm i blokadą, która wyłącza grzejnik, jeśli stężenie chloru przekroczy 1,5 ppm. Podczas uruchamiania należy zmierzyć potencjał korozji powierzchni tytanu w porównaniu ze srebrną-elektrodą odniesienia z chlorkiem srebra; potencjał powyżej +0.6V wskazuje na nadmiar chloru wymagający regulacji odchlorowania. W przypadku istniejących grzejników należy co kwartał sprawdzać, czy nie występują wżery, stosując penetrant barwnikowy. W przypadku wykrycia wżerów należy zmniejszyć poziom chloru o 50% lub wymienić na tytan klasy 7. Kontrolując stężenie resztkowego chloru jako krytyczny parametr operacyjny, inżynier zapobiega awariom wżerowym w strumieniach odrzutów z ciepłą-o zawartością chlorków, gdzie tytan byłby w innym przypadku akceptowalny.