W jaki sposób temperatura-wilgotnego termometru otaczającego powietrza wpływa na szybkość korozji niezanurzonej (fazy parowej) części tytanowego grzejnika?

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 stopni, wysoka wilgotność), wilgoć będzie się skraplać na zimniejszej powierzchni tytanu (jeśli temperatura powierzchni będzie niższa od punktu rosy). Ta warstwa kondensatu zawiera rozpuszczone gazy (tlen, dwutlenek węgla, chlorki) i może powodować korozję. Jeśli temperatura mokrego-żarnika jest niska (np. < 15 stopni, suche powietrze), powierzchnia tytanu pozostaje sucha i pasywna, a korozja jest nieznaczna. Na przykład grzejnik tytanowy w gorącej (80 stopni) kąpieli z zakwaszoną wodą o temperaturze otoczenia-bańki mokrej wynoszącej 28 stopni może ulegać korozji wżerowej z szybkością 0,05-0,2 mm/rok w części niezanurzonej, podczas gdy identyczny grzejnik w suchym klimacie (wilgotny termometr 10 stopni) nie wykazuje znaczącej korozji.

Mechanizm korozji w fazie gazowej tytanu
Niezanurzona część podgrzewacza tytanowego jest wystawiona na działanie par z cieczy procesowej i otaczającego powietrza. Para składa się z substancji lotnych (HCl, mgła H2SO4, kwasy organiczne lub para wodna). Jeśli temperatura otoczenia mokrego{{4}żarówki jest wysoka, a temperatura powierzchni jest niższa niż punkt rosy mieszaniny-par i powietrza, wilgoć będzie się skraplać na powierzchni tytanu. Skroplony kondensat tworzy cienką warstwę elektrolitu (zwykle o grubości 1-100 µm), która pochłania korozyjne gazy (CO₂, SO₂, Cl₂) z powietrza i lotne kwasy z oparów. Powłoka jest bardzo nieprzyjazna ze względu na duży stosunek powierzchni do objętości oraz dlatego, że podczas parowania gromadzi substancje żrące. W tych warunkach możliwe jest przerwanie pasywnej warstwy tytanu i zainicjowanie korozji wżerowej lub szczelinowej na granicy faz para-ciecz.

Kwantyfikacja szybkości korozji w fazie gazowej w funkcji-temperatury mokrego termometru
Otoczenie mokre-Temperatura żarówki (stopnie) Wilgotność względna (%) Kondensacja na powierzchni Ti (przy temperaturze powierzchni 40 stopni) Szybkość korozji w fazie pary (mm/rok)Gatunek dominujący Poziom ryzyka < 10 < 30 Brak (sucho) < 0,005 Brak Pomijalny Sporadycznie (przerywany) 0,005-0,01 Mgła rozcieńczonego kwasuNiski 15-20 50-70 Często (cienka warstwa) 0,01-0,05 Kwaśna mgła + chlorki20-25 70-85 Ciągła (cienka warstwa) 0,05-0,15 Stężony kwas + chlorki Wysoka 25-30 85-95 Ciągła (grubsza warstwa) 0,15-0,30 Wysoko stężone gatunki Ciężkie > 30 > 95 Zalanie (kapanie) 0,10-0,20 (przemyte) Rozcieńczanie kapanie Umiarkowane (umyte)
Przewodnik oparty na scenariuszach dotyczący kontroli korozji w fazie gazowej
Skład pary Ciecz Proces Otoczenie Mokre-Temperatura żarówki (stopnie) Ryzyko korozji w części niezanurzonej Zalecane środki łagodzące
Gorąca woda, neutralna Tylko para wodna Dowolny Niski Nie są wymagane żadne działania
Rozcieńczony HCl (5%) mgła HCl + para wodna 15 Niski Tytan odparowuje (brak efektu)
Mgła HCl + para wodna Rozcieńczony HCl (5%) 25 Umiarkowany Sekcja fazy parowej pokryta PTFE
Stężony HCl (20%) Para HCl + para wodna 25 Wysoki Używać szczelnego zbiornika z ekstrakcją par
Gorąca solanka (20% NaCl) Para wodna + mgła solna 28 Wysoka (wżery) Sekcja fazy gazowej elektropolerowania. Dodaj spray wodny, aby uniknąć gromadzenia się soli.
50% Kwas siarkowyH₂SO₄ mgła + para wodna 25 Umiarkowany do wysokiego Wydłużyć nagrzaną część, aby utrzymać powierzchnię powyżej punktu rosy
Kwas chromowy (kąpiel galwaniczna) Opary kwasu chromowego 20 Niska (inhibitory chromianów) Nie są wymagane żadne działania (pasywacja chromianów)
Rozpuszczalnik organiczny (bez wody) Opary rozpuszczalnika Dowolny Bardzo niski Brak kondensacji wody. Powierzchnia jest sucha.
Podejścia inżynieryjne mające na celu zmniejszenie korozji w fazie gazowej
Kiedy na niezanurzonej części tytanowego grzejnika występuje korozja w fazie gazowej z powodu wysokich temperatur-mokrych termometru (> 20 stopni), skuteczne są cztery środki łagodzące. Pierwszym rozwiązaniem jest podniesienie nagrzanej części wyżej ponad poziom cieczy. Aby uniknąć kondensacji, temperatura powierzchni tytanu musi być utrzymywana powyżej punktu rosy (np. > 45 stopni w przypadku żarówki mokrej-o temperaturze 25 stopni). Wymaga to konstrukcji grzejnika w taki sposób, aby element grzejny sięgał do obszaru fazy gazowej, utrzymując ciepło tytanowej osłony. Drugim środkiem łagodzącym jest pokrycie powierzchni nad wodą z PTFE lub fluoropolimeru. Powłoka zapobiega atakowi skondensowanego elektrolitu na powierzchnię tytanu. Ostatecznym rozwiązaniem jest zainstalowanie urządzenia do odsysania oparów (okapu wyciągowego) w celu usunięcia oparów korozyjnych i zminimalizowania wilgoci nad zbiornikiem. Kondensacji można uniknąć, jeśli temperatura-mokryego termometru spadnie poniżej 15 stopni. Czwartym środkiem łagodzącym jest zastosowanie rozpylacza wody lub eliminatora mgły w celu ciągłego oczyszczania niezanurzonej części, aby zapobiec koncentracji substancji żrących.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 stopni)
Temperatura-wilgotnego termometru otaczającego powietrza bezpośrednio wpływa na szybkość korozji niezanurzonej (w fazie gazowej) części tytanowego grzejnika. Jeśli temperatura mokrego-żarnika jest niższa niż 15 stopni (suche warunki), powierzchnia tytanu pozostanie sucha i nie-korodująca. Kiedy temperatura mokrego-żarnika przekracza 25 stopni (warunki wilgotne), wilgoć skrapla się na chłodniejszej powierzchni tytanu i tworzy cienką warstwę elektrolitu, która pochłania żrące gazy i zagęszcza cząsteczki przez odparowanie. W trudnych warunkach (np. gorący HCl lub solanka o wysokiej wilgotności otoczenia) szybkość korozji w fazie gazowej może sięgać nawet 0,15-0,30 mm/rok, co prowadzi do wżerów i perforacji niezanurzonej części w ciągu 2-5 lat. Środki zaradcze obejmują ogrzewanie części powyżej punktu rosy, która nie jest zanurzona, nakładanie powłok PTFE lub wdrażanie ekstrakcji parą w celu zminimalizowania temperatury mokrego termometru. W przypadku wszelkich zastosowań, w których występują korozyjne opary i wysoka wilgotność otoczenia, określenie grzejnika tytanowego będzie wymagało dostarczenia przez dostawcę przewidywanego zakresu temperatur termometru mokrego, aby można było odpowiednio zaprojektować część niezanurzoną (wydłużone ogrzewanie, powlekanie lub ulepszanie materiału).