Окислителната среда на HCl
Горещата солна киселина, съдържаща разтворени железни йони, е една от най-агресивните индустриални среди. Хлоридният йон атакува пасивните филми, докато железният йон (Fe³⁺) действа като мощен окислител, измествайки корозионния потенциал на металите в области, където техните пасивни филми стават нестабилни. Повечето неръждаеми стомани и никелови сплави корозират бързо. Дори титанът, известен със своята устойчивост на корозия, има ограничения в тази среда.
Titanium Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) е разработен за подобряване на устойчивостта на търговски чист титан към редуциращи киселини и хлоридни среди. Добавките на молибден и никел повишават стабилността на пасивния филм и изместват корозионния потенциал. Това е една от най-добрите титанови сплави за HCl.
PTFE е устойчив на HCl и железен хлорид при всички концентрации и температури до 260 градуса. Сравнението е между най-добрата налична титанова сплав-с измерима, ограничена устойчивост на корозия-и полимер, който не може да корозира в тази среда.
Ограниченията за пасивно фолио от клас титан 12
Титан клас 12 е устойчив на HCl чрез TiO₂ пасивен филм, модифициран чрез включване на молибденови и никелови оксиди. Легиращите елементи повишават устойчивостта на филма към хлоридна атака и изместват корозионния потенциал на сплавта към по-благородна стойност, правейки я по-малко податлива на активна корозия в редуциращи киселини.
В чиста HCl при умерени температури степен 12 се представя добре. В 10% HCl при 70 градуса скоростта на корозия е под 0,05 mm/година. Добавянето на железни йони обаче променя околната среда. Fe³⁺ е окислител, който може или да помогне за поддържането на пасивния филм (чрез осигуряване на катоден ток), или да ускори корозията чрез транспасивно разтваряне, в зависимост от неговата концентрация.
При ниски концентрации на Fe³⁺ (10-100 ppm), железният йон е от полза - той укрепва пасивния филм, като осигурява катодна поляризация. При по-високи концентрации (над приблизително 500 ppm), повишеният корозионен потенциал задвижва титана в транспасивната област, където оксидният филм става нестабилен и се разтваря. Скоростта на корозия може да се увеличи с порядък или повече.
| Корозионен параметър | Титан клас 12 | PTFE |
|---|---|---|
| Скорост на корозия в 10% HCl, 70 градуса, 0 ppm Fe³⁺ (mm/година) | < 0.05 | 0 |
| Скорост на корозия в 10% HCl, 70 градуса, 500 ppm Fe³⁺ | 0.1-0.3 | 0 |
| Скорост на корозия в 10% HCl, 70 градуса, 2000 ppm Fe³⁺ | 0.5-1.5 | 0 |
| Чувствителност към концентрация на Fe³⁺ | Високо (полезно при ниско, вредно при високо) | Няма |
| Чувствителност към температура | Високо (скорост се удвоява на 15 градуса) | Няма (под 260 градуса) |
| Корозия на заваръчната зона | Възможно (сегрегация на Mo, Ni) | N/A (без заварки) |
Сценарий за екскурзия Fe³⁺
При промишлени услуги с HCl концентрацията на железни йони може да варира неочаквано. Замърсяването с желязо от корозиралите стоманени тръби нагоре по веригата се разтваря в киселината и се окислява до Fe³⁺. Нарушаването на процеса може да освободи порция богата на желязо-киселина в топлообменника. Концентрацията на Fe³⁺ нараства от почти нула до няколкостотин или хиляди ppm. Титаниев топлообменник клас 12, който е работил безопасно в режим с ниско-Fe³⁺, внезапно изпитва ускорена корозия по време на екскурзията.
Увреждането от корозия от екскурзията може да не се забележи веднага. Пасивният филм, веднъж дестабилизиран, може да не се пасивира напълно, когато концентрацията на Fe³⁺ се върне към нормалното. Ямите, започнали по време на екскурзията, продължават да се разпространяват. Топлообменникът се проваля седмици или месеци по-късно и повредата се приписва на "необяснима питинг".
PTFE няма пасивен филм, който да дестабилизира. Fe³⁺ отклонение от каквато и да е величина оставя материала непроменен. Стотната екскурзия е оцеляла толкова пълно, колкото и първата.
Обобщението на разходите-за ефективността
Топлообменниците от титан клас 12 струват 6-10 пъти повече от еквивалентите на PTFE. Премиалната цена купува компактност - топлопроводимостта на титана от 21 W/m·K изисква по-малка повърхност от PTFE. В процеси, при които Fe³⁺ гарантирано липсва или се поддържа в полезния диапазон, титан клас 12 служи добре.
Когато концентрацията на Fe³⁺ е променлива, слабо контролирана или подлежи на отклонения, PTFE е изборът с по-нисък-риск. Цената на една екскурзия, която унищожава титаниев топлообменник, може да надвиши общата инсталирана цена на PTFE заместител.
Резюме
PTFE топлообменниците са безусловно устойчиви на HCl с разтворени железни йони, докато титановият клас 12 претърпява ускорена корозия, когато концентрацията на Fe³⁺ надвиши приблизително 500 ppm. Издръжливостта на Fe³⁺ отклонение на PTFE е абсолютна. PTFE е изборът с по-нисък-риск при обслужване с HCl, където е възможно замърсяване с желязо.
Инженерна поддръжка за избор на PTFE срещу титанов материал в услугата HCl-FeCl₃ е достъпна при подаване на концентрация на киселина, диапазон на железни йони, работна температура и текуща история на корозията на оборудването.
