Cosa rende i tubi riscaldanti in titanio ideali per l'uso in ambienti contenenti cloro?

La minaccia del cloruro: come i fluidi a base di cloro-rovinano i normali riscaldatori
Gli ambienti contenenti cloro-sono uno dei luoghi peggiori in cui possono funzionare le apparecchiature di riscaldamento industriale. Acqua di mare, salamoie, soluzioni di acido cloridrico, reazioni cloro-alcaline e molti intermedi chimici contengono tutti ioni cloruro. Gli attacchi guidati dal cloruro- sono molto localizzati, creando cavità e crepe che attraversano rapidamente le pareti metalliche lasciando le aree circostanti come se fossero ancora intatte.
Questo tipo di danno è particolarmente dannoso per i tubi di riscaldamento. Temperature più elevate accelerano il tasso di corrosione e il ciclo termico aggiunge tensione che fa sì che si formino crepe. I cloruri sono ancora più concentrati sulle superfici del riscaldatore quando sono presenti depositi e incrostazioni. Ciò crea microambienti aggressivi che possono corrodere molte leghe che altrimenti sarebbero resistenti alla corrosione. Per questo motivo, i riscaldatori esposti ai fluidi a base di cloruro in genere si rompono improvvisamente, il che può portare a perdite, problemi elettrici o contaminazione dei fluidi di processo.

In queste situazioni, la resistenza alla corrosione non significa rallentare il processo; si tratta di fermarlo del tutto. La cosa più importante da considerare quando si sceglie un materiale è la sua capacità di impedire in primo luogo la formazione di buche.
Perché il servizio del cloruro causa il cedimento dei comuni metalli ingegneristici
Per resistere alla corrosione, gli acciai inossidabili necessitano di una pellicola passiva ricca di cromo. Nei luoghi in cui è presente cloruro, questo rivestimento può rompersi in alcune aree. Quando si forma un pozzo, la forma limitata rende l'area acida e piena di cloruro, il che accelera il processo di penetrazione. Questo processo accelera ancora di più quando la temperatura è elevata e l'aria è ancora vicina alle superfici riscaldanti.
I cloruri non infastidiscono affatto gli acciai al carbonio e si corrodono rapidamente e in modo uniforme. Le leghe di rame funzionano meglio in alcune applicazioni con acqua di mare, ma possono comunque essere danneggiate da erosione, corrosione da tensocorrosione e attacchi chimici quando sono presenti ammoniaca o solfuri. In molti sistemi industriali di cloruro, questi materiali non durano a lungo e necessitano di molta manutenzione.
Poiché i materiali tradizionali non riescono a utilizzare il cloruro, gli esperti sono alla ricerca di materiali che siano fondamentalmente immuni alla corrosione localizzata invece che resistenti solo in condizioni ideali.
Il vantaggio del titanio: stabilità passiva del film contro l'attacco del cloruro
Lo strato passivo di ossido di titanio che si forma naturalmente sul titanio lo rende molto stabile, motivo per cui il titanio funziona così bene in situazioni con cloro. Questa pellicola di ossido aderisce molto bene, si fissa e non si rompe se esposta al cloruro. Ha una probabilità di vaiolatura molto più elevata rispetto alle condizioni elettrochimiche riscontrate nelle tipiche applicazioni di riscaldamento industriale.
In condizioni operative tipiche, gli ioni cloruro non possono attraversare o distruggere lo strato di ossido di titanio. Anche se la superficie è danneggiata, il nuovo titanio interagisce subito con l'acqua o l'ossigeno per ricostituire la pellicola protettiva. Questo comportamento di auto-riparazione impedisce la diffusione della corrosione localizzata.
La corrosione avviene in modo più uniforme in condizioni estreme, comprese le alte temperature che distruggono gli acidi o i mezzi contenenti fluoruro-, piuttosto che in caso di vaiolatura catastrofica. Questa prevedibilità consente agli ingegneri di pianificare con sicurezza la durata di servizio, il che è molto importante per i sistemi che devono essere sicuri.
Stabilità termica e meccanica in sistemi con molto cloro
I tubi riscaldanti in titanio non solo sono resistenti alla corrosione, ma hanno anche una grande stabilità meccanica in ambienti con cloruro. Il titanio rimane resistente a un'ampia varietà di temperature e non si corrode quando entra in contatto con fluidi-in rapido movimento come l'acqua di mare e le salamoie circolanti. Ciò lo rende ideale per scambiatori di calore, riscaldatori a immersione e sistemi di ricircolo in cui l'usura indotta dal flusso-accelera la perdita di materiale nelle leghe più morbide.
Inoltre, il titanio non tende a sporcarsi facilmente in molti fluidi che contengono cloruro. Meno incrostazioni e depositi contribuiscono a mantenere efficiente il trasferimento di calore e a impedire la formazione di condizioni simili a fessure-che peggiorano la corrosione localizzata in altri materiali. Ciò aiuta a mantenere le prestazioni termiche costanti nel tempo e significa che non è necessario pulire così spesso.
Usi industriali che comportano l'esposizione al cloro
I sistemi di raffreddamento dell'acqua di mare, le piattaforme offshore e gli impianti industriali costieri che sono sempre esposti ai cloruri utilizzano tutti tubi di riscaldamento in titanio. Negli impianti di desalinizzazione, i riscaldatori in titanio aiutano con le procedure di preriscaldamento e termiche senza provocare vaiolature o corrosione interstiziale.
Nella lavorazione chimica, il titanio viene utilizzato per riscaldare soluzioni di acido cloridrico, solventi clorurati e flussi di salamoia utilizzati per produrre cloro alcali. I sistemi di candeggio e disinfezione si basano su elementi riscaldanti in titanio per soluzioni di ipoclorito di sodio e biossido di cloro, dove il guasto del materiale introdurrebbe gravi rischi per la sicurezza e la contaminazione.
I processi di galvanoplastica che utilizzano elettroliti a base di cloruro-e i sistemi di trattamento delle acque reflue che gestiscono gli effluenti clorurati esemplificano l'idoneità del titanio come materiale preferito in ambienti ricchi di cloruro-.
Cose a cui pensare quando si scelgono materiali per livelli di cloruro molto elevati
Il titanio commercialmente puro di grado 2 soddisfa la maggior parte delle esigenze di servizio del cloruro, ma alcune condizioni richiedono prestazioni migliori. I gradi legati al palladio-come il Grado 7 offrono una migliore stabilità del film passivo quando acidi e cloruri vengono miscelati insieme. Gli ioni fluoruro possono attaccare il titanio in determinate condizioni, quindi i sistemi che contengono fluoruri devono essere attentamente testati per verificarne la compatibilità e valutati.
Progettare le cose correttamente è ancora molto importante. Per ottenere il massimo dalla resistenza naturale del titanio, stare lontano dalle crepe, assicurarsi che ci sia un drenaggio eccellente e mantenere le giuste condizioni di flusso. Se specificati e installati correttamente, i tubi riscaldanti in titanio possono durare per decenni in luoghi dove altri materiali si deteriorano rapidamente.
Conclusione: eliminare il principale meccanismo di fallimento
I meccanismi di corrosione localizzata sono solitamente sempre la causa del guasto del riscaldatore nei luoghi in cui è presente il cloro. I tubi riscaldanti in titanio risolvono questo problema non rallentando la corrosione, ma impedendone anzitutto l'avvio. Poiché sono immuni alla vaiolatura indotta dal cloruro-e sono meccanicamente resistenti e si comportano in modo prevedibile, uno stato operativo ad alto-rischio diventa un sistema gestibile e affidabile.
Se sono presenti cloruri e il guasto del riscaldatore ha un impatto sulle operazioni, sulla sicurezza o sulla qualità, il titanio non è un aggiornamento opzionale. È la cosa ragionevole che gli ingegneri facciano quando esiste una minaccia chiara e continua di corrosione.