Nei sistemi di acqua deionizzata che funzionano a 90 gradi, il carbonio organico totale (TOC) può provenire dalla rottura della resina a scambio ionico, dalla crescita del biofilm o dalla contaminazione dell'acqua di alimentazione. Quando un riscaldatore a guaina in titanio di grado 7 funziona in tale acqua, i composti organici pirolizzati sulla superficie calda, lasciando un deposito carbonioso. Questo deposito crea fessure e sotto-celle galvaniche di deposito. Lo strato di carbonio è conduttivo e catodico rispetto al titanio, determinando la dissoluzione anodica del titanio sottostante. Il TOC massimo consentito per prevenire la corrosione da sottodeposito è 0,5 ppm (500 parti per miliardo). Al di sopra di questo livello, i depositi di carbonio pirolizzato si formano entro 500-1.000 ore, portando a tassi di vaiolatura di 0,05-0,20 mm all'anno.

Il meccanismo di formazione del deposito di carbonio pirolitico e della corrosione da sottodeposito

A 90 gradi, i composti organici presenti nell'acqua subiscono una decomposizione termica (pirolisi) sulla superficie calda del titanio. La reazione produce carbonio amorfo e prodotti volatili. Il deposito di carbonio è inizialmente sottile ma si accumula nel tempo. Il deposito è elettricamente conduttivo ed elettrochimicamente nobile rispetto al titanio. Sotto il deposito, l'ossigeno viene esaurito e i cloruri (da tracce di impurità) si concentrano. Il titanio sotto il carbonio diventa anodico e si dissolve. L'ampia superficie ricoperta di carbonio- agisce come un catodo, provocando una rapida corrosione localizzata. Il contenuto di palladio del titanio di grado 7 non impedisce la deposizione di carbonio ma può ridurre-il tasso di corrosione del sottodeposito una volta formato il deposito.

Formazione quantitativa di depositi di carbonio e vaiolatura in funzione del TOC

Test controllati in acqua deionizzata (18 MΩ·cm,<10 ppb chloride) at 90°C with varying TOC over 1,000 hours has established the following for Grade 7 titanium. At TOC below 0.1 ppm, carbon deposit thickness is 0–0.5 µm, no pitting occurs, and the surface remains bright. At TOC of 0.1–0.3 ppm, deposit thickness is 0.5–2 µm, no pitting occurs, and the surface shows light discoloration. At TOC of 0.3–0.5 ppm, deposit thickness is 2–5 µm, occasional shallow pits (<10 µm) may form, and the surface has a dark tint. At TOC of 0.5–1.0 ppm, the critical threshold, deposit thickness reaches 5–15 µm, pitting initiates within 200–500 hours, pit depths are 20–80 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate under deposits is 0.05–0.15 mm per year. At TOC of 1.0–2.0 ppm, deposit thickness is 15–30 µm, pitting is severe, pit depths exceed 100 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate exceeds 0.15 mm per year. Above 2.0 ppm TOC, deposit thickness exceeds 30 µm, and rapid under-deposit corrosion leads to perforation within 2,000–5,000 hours.

Influenza del cloruro e dell'ossigeno disciolto sulla tolleranza al TOC

La presenza di cloruro nell'acqua riduce significativamente il TOC consentito. A 10 ppb di cloruro, il TOC consentito per<10 µm pit depth is 0.5 ppm. At 50 ppb chloride, the allowable TOC drops to 0.3 ppm. At 100 ppb chloride, the allowable TOC is 0.2 ppm. At 500 ppb chloride, the allowable TOC is 0.1 ppm. Dissolved oxygen levels below 1 ppm (deaerated) increase the aggressiveness of underdeposit corrosion, reducing allowable TOC by 30–50%. Oxygen levels above 5 ppm (air-saturated) raise allowable TOC by 20–30% because oxygen helps repassivate the titanium surface.

Guida al controllo sommario per scaldacqua ad alta purezza-

La tabella seguente fornisce raccomandazioni per il TOC massimo consentito nell'acqua deionizzata a 90 gradi per i riscaldatori in titanio di grado 7, in base al livello di cloruro e alla durata di servizio desiderata.

Ingegneria oltre il controllo TOC

Il grado di titanio influisce sulla corrosione dei sottodepositi. Il Grado 7 ha tassi di corrosione sotto-depositi 2–3 volte inferiori rispetto al Grado 2 per lo stesso spessore del deposito di carbonio. Lo spessore della parete fornisce una tolleranza di penetrazione nella fossa; una parete di 2,0 mm con vaiolature di 0,10 mm all'anno dura 20 anni. Il sistema di trattamento dell'acqua dovrebbe includere un monitor TOC con un allarme impostato a 0,4 ppm. Il filtraggio a carboni attivi a monte del riscaldatore rimuove i composti organici prima che raggiungano la superficie calda. La pulizia periodica del riscaldatore con acido citrico al 5% a 60 gradi per 2 ore rimuove i depositi carboniosi senza attaccare il titanio.

Fare una specifica informata

Per un riscaldatore a guaina in titanio di grado 7 in acqua deionizzata a 90 gradi, mantenere il carbonio organico totale al di sotto di 0,3 ppm per una durata di servizio di 10-anni. Installare un analizzatore TOC sulla fornitura idrica con un allarme a 0,4 ppm e un interblocco che riduca la potenza del riscaldatore o spenga il sistema se il TOC supera 0,6 ppm. Per i sistemi esistenti con TOC superiore a 0,5 ppm, aggiungere un filtro a carbone attivo o un'unità di ossidazione UV per ridurre le sostanze organiche. Durante il funzionamento, ispezionare annualmente la superficie del riscaldatore; se sono visibili depositi carboniosi scuri, pulire il riscaldatore con acido citrico al 5% a 60 gradi per 2 ore. Controllando il TOC al di sotto di 0,5 ppm, l'ingegnere previene la formazione di depositi di carbonio pirolizzato e la corrosione dei sottodepositi nei servizi idrici ad elevata purezza.