In che modo la temperatura del bulbo umido-dell'aria ambiente influisce sul tasso di corrosione della sezione non sommersa (fase vapore) di un riscaldatore in titanio?

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 gradi, elevata umidità), l'umidità si condenserà sulla superficie più fredda del titanio (se la temperatura superficiale è inferiore al punto di rugiada). Questo strato di condensa contiene gas disciolti (ossigeno, anidride carbonica, cloruri) e può essere corrosivo. Se la temperatura del bulbo umido- è bassa (ad esempio < 15 gradi, aria secca), la superficie del titanio rimane asciutta e passiva e la corrosione è insignificante. Ad esempio, un riscaldatore in titanio immerso in un bagno caldo (80 gradi) di acqua acidificata a una temperatura ambiente del bulbo umido-di 28 gradi può subire corrosione per vaiolatura a velocità di 0,05-0,2 mm/anno nella sezione non sommersa, mentre lo stesso riscaldatore in un clima secco (bulbo umido 10 gradi) non mostra alcuna corrosione significativa.

Meccanismo di corrosione in fase vapore del titanio
La parte non immersa di un riscaldatore in titanio è esposta al vapore del liquido di processo e all'aria ambiente. Il vapore è costituito da specie volatili (HCl, nebbia di H2SO4, acidi organici o vapore acqueo). Se la temperatura ambiente del bulbo umido- è elevata e la temperatura superficiale è inferiore al punto di rugiada della miscela di vapore-aria, l'umidità si condenserà sulla superficie del titanio. Il condensato liquefatto produce un sottile rivestimento elettrolitico (di solito 1-100 µm di spessore) che assorbe i gas corrosivi (CO₂, SO₂, Cl₂) dall'aria e gli acidi volatili dal vapore. Il film è molto ostile a causa del suo ampio rapporto tra superficie e volume e perché concentra le specie corrosive mentre evapora. In queste condizioni è possibile distruggere la pellicola passiva del titanio e avviare la vaiolatura o la corrosione interstiziale nell'interfaccia vapore-liquido.

Quantificazione della velocità di corrosione in fase vapore rispetto alla temperatura del bulbo umido-
Ambiente umido-Temperatura bulbo (gradi) Umidità relativa (%) Condensa sulla superficie del titanio (a 40 gradi di temperatura superficiale)Tasso di corrosione in fase vapore (mm/anno)Specie dominante Livello di rischio < 10 < 30 Nessuno (secco) < 0,005 Nessuno TrascurabileOccasionale (intermittente) 0,005-0,01 Nebbia di acido diluitoBassa 15-20 50-70 Frequente (film sottile) 0,01-0,05 Nebbia acida + cloruri20-25 70-85 Continuo (film sottile) 0,05-0,15 Acido concentrato + cloruri Alto 25-30 85-95 Continuo (film più spesso) 0,15-0,30 Specie altamente concentrata Grave > 30 > 95 Allagamento (gocciolamento) 0,10-0,20 (lavato) Diluizione con gocciolamento Moderato (lavato)
Una guida basata su scenari per il controllo della corrosione in fase vapore
Composizione del vapore Processo liquidoAmbiente umido-Temperatura bulbo (gradi) Rischio di corrosione nella porzione non sommersaMitigazione consigliata
Acqua calda, neutra Solo vapore acqueo Qualsiasi Basso Nessuna azione necessaria
HCl diluito (5%) Nebbia di HCl + vapore acqueo 15 Il titanio basso vaporizza (nessun effetto)
Nebbia di HCl + vapore acqueo HCl diluito (5%) 25 Moderato Sezione fase vapore rivestita in PTFE
HCl concentrato (20%) Vapore HCl + vapore acqueo 25 Alto Utilizzare serbatoio sigillato con estrazione dei vapori
Salamoia calda (20% NaCl) Vapore acqueo + nebbia salina 28 Sezione alta (vaiolatura) della fase vapore dell'elettrolucidatura. Aggiungere acqua nebulizzata per evitare l'accumulo di sale.
50% acido solforicoH₂SO₄ nebbia + vapore acqueo 25 Da moderato a elevato Allunga la parte riscaldata per mantenere la superficie al di sopra del punto di rugiada
Acido cromico (bagno galvanico) Vapore di acido cromico 20 Basso (il cromato inibisce) Nessuna azione richiesta (I cromati passivano)
Solvente organico (senza acqua) Vapore di solvente Qualsiasi Molto basso Nessuna condensa di acqua. La superficie è asciutta.
Approcci ingegneristici per ridurre la corrosione in fase vapore
Quando si verifica la corrosione in fase vapore sulla parte non sommersa di un riscaldatore in titanio a causa delle elevate temperature del bulbo umido-( > 20 gradi ), sono efficaci quattro soluzioni di mitigazione. La prima mitigazione consiste nel sollevare la parte riscaldata più in alto rispetto al livello del liquido. La temperatura della superficie del titanio deve essere mantenuta al di sopra del punto di rugiada (ad esempio > 45 gradi per 25 gradi a bulbo umido-) ​​per evitare la formazione di condensa. Ciò richiede che il riscaldatore sia costruito in modo tale che l'elemento riscaldante si estenda nella regione della fase vapore, mantenendo riscaldata la guaina di titanio. La seconda mitigazione è un rivestimento in PTFE o fluoropolimero sulla zona sopra l'acqua. Il rivestimento impedisce all'elettrolita condensato di attaccare la superficie del titanio. La mitigazione finale consiste nell'installare un dispositivo di estrazione dei vapori (cappa di scarico) per rimuovere i vapori corrosivi e ridurre al minimo l'umidità sul serbatoio. La condensa viene evitata se la temperatura del bulbo umido-viene ridotta al di sotto di 15 gradi. La quarta soluzione consiste nell'impiego di uno spruzzo d'acqua o di un eliminatore di nebbia per pulire continuamente la parte non sommersa per prevenire la concentrazione di specie corrosive.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 gradi)
La temperatura del bulbo umido-dell'aria ambiente influisce direttamente sulla velocità di corrosione della parte non sommersa (fase vapore) di un riscaldatore in titanio. Se la temperatura del bulbo umido-è inferiore a 15 gradi (condizioni asciutte), la superficie in titanio rimarrà asciutta e non-corrosiva. Quando la temperatura del bulbo umido- supera i 25 gradi (condizioni umide), l'umidità si condensa sulla superficie più fredda del titanio e forma una sottile pellicola di elettrolita, che assorbe i gas corrosivi e concentra le specie per evaporazione. In ambienti difficili (ad esempio HCl caldo o salamoia con elevata umidità ambientale), i tassi di corrosione in fase vapore possono arrivare fino a 0,15-0,30 mm/anno, portando alla vaiolatura e alla perforazione della parte non sommersa in 2-5 anni. Le misure di mitigazione includono il riscaldamento della parte sopra il punto di rugiada che non è sommersa, l'applicazione di rivestimenti in PTFE o l'implementazione dell'estrazione del vapore per ridurre al minimo la temperatura del bulbo umido. Per qualsiasi applicazione con vapori corrosivi ed elevata umidità ambientale, per specificare un riscaldatore in titanio sarà necessario fornire al fornitore l'intervallo di temperatura previsto del bulbo umido in modo che la parte non sommersa possa essere progettata in modo appropriato (riscaldamento esteso, rivestimento o miglioramento dei materiali).