Hogyan befolyásolja a környezeti levegő nedves{0}}hőmérséklete a titán fűtőelem víz alá nem helyezett (gőzfázisú) részének korróziós sebességét?

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 fok, magas páratartalom), a nedvesség lecsapódik a hidegebb titán felületre (ha a felület hőmérséklete a harmatpont alatt van). Ez a kondenzréteg oldott gázokat (oxigént, szén-dioxidot, kloridokat) tartalmaz, és korrozív hatású lehet. Ha a nedves hőmérséklet alacsony (pl. < 15 fok, száraz levegő), a titán felülete száraz és passzív marad, a korrózió pedig elhanyagolható. Például egy titán fűtőtest forró (80 fokos) savanyított vízfürdőben 28 fokos környezeti nedves-környezeti hőmérsékleten 0,05-0,2 mm/év sebességű pontkorróziót szenvedhet el a víz alá nem süllyesztett szakaszon, míg az azonos fűtőtest száraz éghajlaton (10 fokos) nem korrózió jelentős mértékben.

A titán gőzfázisú korróziós mechanizmusa
A titán fűtőtest víz alá nem helyezett része ki van téve a technológiai folyadék gőzének és a környezeti levegőnek. A gőz illékony anyagokból áll (HCl, H2SO4 köd, szerves savak vagy vízgőz). Ha a környezet nedves{4}hőmérséklete magas, és a felületi hőmérséklet alacsonyabb, mint a gőz-levegő keverék harmatpontja, a nedvesség lecsapódik a titán felületén. A cseppfolyósított kondenzátum vékony (általában 1-100 µm vastagságú) elektrolit bevonatot képez, amely elnyeli a levegőből a korrozív gázokat (CO₂, SO₂, Cl2), a gőzből pedig az illékony savakat. A film nagyon ellenséges a nagy felület/térfogat arány miatt, és mert párolgás közben koncentrálja a korrozív anyagokat. Ilyen körülmények között lehetséges a titán passzív filmrétegének megszakítása és lyukkorrózió vagy réskorrózió beindítása a gőz-folyadék határfelületen.

A gőzfázisú korrózió sebességének számszerűsítése a nedves{0}}hőmérséklet függvényében
Környezeti nedves-Környezeti hőmérséklet ( fok ) Relatív páratartalom (%) Kondenzáció a Ti felületen (40 fokos felületi hőmérsékleten) Gőzfázisú korróziós sebesség (mm/év) Domináns faj Kockázati szint < 10 < 30 Nincs (száraz) < 0,005 Nincs Elhanyagolható (0,0,0.0.0) Hígított sav köd Alacsony 15-20 50-70 Gyakori (vékony réteg) 0,01-0,05 Savas köd + kloridok20-25 70-85 Folyamatos (vékony réteg) 0,05-0,15 Tömény sav + kloridok Magas 25-30 85-95 Folyamatos (vastagabb film) 0,15-0,30 Erősen tömény. (csepegő) 0,10-0,20 (mosott) Hígítás csepegtetővel Mérsékelt (mosott)
Forgatókönyv-alapú útmutató a gőzfázisú korrózió elleni küzdelemhez
Gőzösszetétel Folyékony folyamat Környezeti Nedves{0}}Környezeti hőmérséklet ( fok ) Korróziós kockázat a víz alá nem engedett résznél Csökkentés javasolt
Forró víz, semleges Csak vízgőz Bármilyen Alacsony Nincs szükség beavatkozásra
Híg HCl (5%) HCl köd + vízgőz 15 Alacsony titán elpárolog (nincs hatás)
HCl köd + vízgőz Híg HCl (5%) 25 Mérsékelt gőzfázisú szakasz PTFE-vel bevonva
Tömény HCl (20%) HCl gőz + vízgőz 25 Magas Használat zárt tartály gőzelszívással
Forró sóoldat (20% NaCl) Vízgőz + sóköd 28 Magas (gödrös) Az elektropolírozó gőzfázis része. Adjon hozzá vízpermetet, hogy elkerülje a só felhalmozódását.
50% kénsavH₂SO₄ köd + vízgőz 25 Közepestől magasig A fűtött rész meghosszabbítása, hogy a felület a harmatpont felett maradjon
Krómsav (bevonatfürdő) Krómsavgőz 20 Alacsony (kromát gátlás) Nincs szükség beavatkozásra (a kromátok passziválódnak)
Szerves oldószer (nincs víz) Oldószer gőz Bármilyen Nagyon alacsony Nincs vízkondenzáció. Felülete száraz.
Mérnöki megközelítések a gőzfázisú korrózió csökkentésére
Ha gőzfázisú korrózió megy végbe a titán fűtőtest víz alá nem helyezett részén a magas nedves{0}hőmérséklet miatt (> 20 fok), akkor négy hatáscsökkentő módszer hatásos. Az első enyhítés az, hogy a fűtött részt magasabbra emeljük a folyadékszint fölé. A titán felületének hőmérsékletét a harmatpont felett kell tartani (pl. > 45 fok 25 fokos nedves{8} izzó esetén), hogy elkerüljük a páralecsapódást. Ehhez a fűtőtestet úgy kell megépíteni, hogy a fűtőelem a gőzfázisú tartományba nyúljon, és a titán burkolatot melegen tartsa. A második enyhítés egy PTFE vagy fluorpolimer burkolat a fenti vízterületen. A bevonat megakadályozza, hogy a kondenzált elektrolit megtámadja a titán felületet. A végső enyhítés egy páraelszívó berendezés (elszívó burkolat) felszerelése a korrozív gőzök eltávolítására és a tartály feletti páratartalom minimalizálására. A páralecsapódás elkerülhető, ha a nedves hőmérsékletet 15 fok alá csökkentjük. A negyedik enyhítés egy vízpermet vagy páraeltávolító alkalmazása, amely folyamatosan tisztítja a víz alá nem helyezett részt, hogy megakadályozza a maró anyagok koncentrációját.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 fok)
A környezeti levegő nedves{0}}hőmérséklete közvetlenül befolyásolja a titán fűtőelem víz alá nem helyezett (gőzfázisú) részének korróziós sebességét. Ha a nedves hőmérséklet 15 fok alatt van (száraz körülmények), a titán felület száraz és nem korrozív marad. Ha a nedves hőmérséklet 25 fok felett van (párás körülmények), a nedvesség lecsapódik a hűvösebb titán felületen, és vékony elektrolitréteget képez, amely elnyeli a korrozív gázokat, és párolgás útján koncentrálja a fajokat. Kíméletlen környezetben (pl. forró HCl vagy magas páratartalmú sóoldat) a gőzfázisú korrózió mértéke akár 0,15-0,30 mm/év is lehet, ami 2-5 éven belül gödrösödéshez és perforációhoz vezet a nem merülő részen. A mérséklések közé tartozik a harmatpont feletti rész felmelegítése, amely nem merül el, PTFE bevonat alkalmazása vagy gőzelszívás a nedves hőmérséklet minimalizálása érdekében. Bármilyen korrozív gőzzel és magas környezeti páratartalommal rendelkező alkalmazás esetén a titán fűtőtest megadása megköveteli, hogy a szállítónak meg kell adnia a tervezett nedves hőmérsékleti tartományt, hogy a víz alá nem helyezett részt megfelelően meg lehessen tervezni (hosszabbított fűtés, bevonat vagy anyagfelújítás).