Nhiệt độ bầu-ướt của không khí xung quanh ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ ăn mòn của phần không ngập nước (pha hơi) của lò sưởi titan?

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 độ, độ ẩm cao), hơi ẩm sẽ ngưng tụ trên bề mặt titan lạnh hơn (nếu nhiệt độ bề mặt dưới điểm sương). Lớp ngưng tụ này chứa các khí hòa tan (oxy, carbon dioxide, clorua) và có thể ăn mòn. Nếu nhiệt độ bầu-ướt thấp (ví dụ: < 15 độ , không khí khô), bề mặt titan vẫn khô và thụ động và hiện tượng ăn mòn là không đáng kể. Ví dụ: lò sưởi titan trong bể nước axit hóa nóng (80 độ ) ở nhiệt độ bầu-ướt xung quanh là 28 độ có thể bị ăn mòn rỗ với tốc độ 0,05-0,2 mm/năm ở phần không ngập nước, trong khi lò sưởi giống hệt ở khí hậu khô (bóng đèn ướt 10 độ ) cho thấy không có hiện tượng ăn mòn đáng kể.

Cơ chế ăn mòn pha hơi của Titan
Phần không ngập nước của lò sưởi titan tiếp xúc với hơi từ chất lỏng xử lý và không khí xung quanh. Hơi bao gồm các chất dễ bay hơi (HCl, sương mù H2SO4, axit hữu cơ hoặc hơi nước). Nếu nhiệt độ bầu-ướt xung quanh cao và nhiệt độ bề mặt thấp hơn điểm sương của hỗn hợp hơi-không khí thì hơi ẩm sẽ ngưng tụ trên bề mặt titan. Nước ngưng hóa lỏng tạo ra một lớp phủ điện phân mỏng (thường dày 1{10}}100 µm) giúp hấp thụ các khí ăn mòn (CO₂, SO₂, Cl₂) từ không khí và axit dễ bay hơi từ hơi nước. Lớp màng này rất thù địch vì tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn và vì nó tập trung các chất ăn mòn khi bay hơi. Trong những điều kiện này, có thể phá vỡ màng titan thụ động và bắt đầu ăn mòn rỗ hoặc kẽ hở ở bề mặt phân cách hơi-lỏng.

Định lượng tốc độ ăn mòn ở pha hơi so với nhiệt độ bầu-ướt
Môi trường ẩm ướt-Nhiệt độ bóng đèn ( độ ) Độ ẩm tương đối (%) Ngưng tụ trên bề mặt Ti (ở nhiệt độ bề mặt 40 độ) Tốc độ ăn mòn pha hơi (mm/năm) Loài chiếm ưu thế Mức độ rủi ro < 10 < 30 Không (khô) < 0,005 Không đáng kể Thỉnh thoảng (không liên tục) 0,005-0,01 Sương axit pha loãngThấp 15-20 50-70 Thường xuyên (mỏng màng) 0,01-0,05 Sương axit + clorua20-25 70-85 Liên tục (màng mỏng) 0,05-0,15 Axit đậm đặc + clorua Cao 25-30 85-95 Liên tục (màng dày hơn) 0,15-0,30 Loại có nồng độ cao Nghiêm trọng > 30 > 95 Ngập lụt (nhỏ giọt) 0,10-0,20 (rửa sạch) Pha loãng bằng cách nhỏ giọt Trung bình (rửa sạch)
Hướng dẫn dựa trên tình huống để kiểm soát ăn mòn pha hơi
Thành phần hơi Quá trình xử lý chất lỏng Môi trường xung quanh Ướt-Nhiệt độ bóng đèn ( độ ) Rủi ro ăn mòn ở phần không ngập nước Khuyến nghị giảm thiểu
Nước nóng, trung tính Chỉ hơi nước Bất kỳ Thấp Không cần hành động
HCl loãng (5%) Sương mù HCl + hơi nước 15 Titan bay hơi ở mức thấp (không có tác dụng)
HCl sương + hơi nước HCl loãng (5%) 25 Vừa phải Phần pha hơi được phủ PTFE
Hơi HCl đậm đặc (20%) + hơi nước 25 Cao Sử dụng bình kín có chiết hơi
Nước muối nóng (20% NaCl) Hơi nước + sương muối 28 Phần cao (rỗ) của pha hơi điện phân. Thêm nước phun để tránh tích tụ muối.
50% Axit sunfuricH₂SO₄ sương + hơi nước 25 Trung bình đến cao Kéo dài phần gia nhiệt để giữ bề mặt ở trên điểm sương
Axit cromic (dung dịch mạ) Hơi axit cromic 20 Thấp (chất ức chế cromat)Không cần tác động (cromat thụ động)
Dung môi hữu cơ (không có nước) Hơi dung môi Bất kỳ Rất thấp Không ngưng tụ nước. Bề mặt khô.
Các phương pháp kỹ thuật để giảm ăn mòn pha hơi
Khi hiện tượng ăn mòn ở pha hơi xảy ra trên phần không ngập nước của lò sưởi titan do nhiệt độ bầu-ướt cao ( > 20 độ ), bốn biện pháp giảm nhẹ sẽ có hiệu quả. Cách giảm thiểu đầu tiên là nâng phần được làm nóng lên cao hơn mức chất lỏng. Nhiệt độ của bề mặt titan phải được duy trì trên điểm sương (ví dụ: > 45 độ đối với bóng đèn ướt-25 độ) để tránh ngưng tụ. Điều này cần bộ sưởi được chế tạo sao cho bộ phận làm nóng mở rộng sang vùng pha hơi, giữ cho vỏ titan được làm nóng. Biện pháp giảm thiểu thứ hai là phủ PTFE hoặc fluoropolymer lên vùng nước trên. Lớp phủ ngăn chất điện phân ngưng tụ tấn công bề mặt titan. Biện pháp giảm thiểu cuối cùng là lắp đặt thiết bị hút hơi (tủ hút) để loại bỏ hơi ăn mòn và giảm thiểu độ ẩm trên bể. Tránh hiện tượng ngưng tụ nếu nhiệt độ{14}bầu ướt giảm xuống dưới 15 độ . Biện pháp giảm thiểu thứ tư là sử dụng bình xịt nước hoặc máy khử sương mù để liên tục làm sạch phần không bị ngập nhằm ngăn chặn sự tập trung của các chất ăn mòn.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 độ)
Nhiệt độ bầu-ướt của không khí xung quanh ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ ăn mòn của phần không ngập nước (pha hơi) của lò sưởi titan. Nếu nhiệt độ bầu-ướt dưới 15 độ (điều kiện khô), bề mặt titan sẽ luôn khô và không-bị ăn mòn. Khi nhiệt độ bầu-ướt trên 25 độ (điều kiện ẩm), hơi ẩm sẽ ngưng tụ trên bề mặt titan mát hơn và tạo thành một màng điện phân mỏng, giúp hấp thụ khí ăn mòn và cô đặc các chất bằng cách bay hơi. Trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: HCl nóng hoặc nước muối có độ ẩm xung quanh cao), tốc độ ăn mòn ở pha hơi có thể lên tới 0,15-0,30 mm/năm, dẫn đến rỗ và thủng phần không ngập nước trong 2-5 năm. Các biện pháp giảm thiểu bao gồm làm nóng phần trên điểm sương không bị ngập nước, áp dụng lớp phủ PTFE hoặc thực hiện chiết hơi để giảm thiểu nhiệt độ bầu ướt. Đối với bất kỳ ứng dụng nào có hơi ăn mòn và độ ẩm xung quanh cao, việc chỉ định lò sưởi titan sẽ yêu cầu nhà cung cấp phải cung cấp phạm vi nhiệt độ bầu ướt dự kiến ​​để bộ phận không ngập nước có thể được thiết kế phù hợp (gia nhiệt mở rộng, lớp phủ hoặc nâng cấp vật liệu).