Det oksiderende HCl-miljøet
Varm saltsyre som inneholder oppløste jernioner er et av de mest aggressive industrielle miljøene. Kloridionet angriper passive filmer, mens jern-ionet (Fe³⁺) fungerer som et kraftig oksidasjonsmiddel, og flytter korrosjonspotensialet til metaller inn i områder hvor deres passive filmer blir ustabile. De fleste rustfrie stål og nikkellegeringer korroderer raskt. Selv titan, kjent for sin korrosjonsbestandighet, har begrensninger i dette miljøet.
Titanium Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) ble utviklet for å forbedre kommersielt rent titans motstand mot reduserende syrer og kloridmiljøer. Molybden- og nikkeltilsetningene øker stabiliteten til den passive filmen og forskyver korrosjonspotensialet. Det er en av de beste titanlegeringene for HCl-service.
PTFE er immun mot HCl og jernklorid i alle konsentrasjoner og temperaturer opp til 260 grader. Sammenligningen er mellom den beste tilgjengelige titanlegeringen-med målbar, begrenset korrosjonsmotstand-og en polymer som ikke kan korrodere i dette miljøet.
Titanium Grade 12 Passive Film Limits
Titan Grade 12 motstår HCl gjennom en TiO₂ passiv film modifisert ved inkorporering av molybden og nikkeloksider. Legeringselementene øker filmens motstand mot kloridangrep og flytter legeringens korrosjonspotensial til en mer edel verdi, noe som gjør den mindre utsatt for aktiv korrosjon i reduserende syrer.
I ren HCl ved moderate temperaturer presterer klasse 12 godt. I 10 % HCl ved 70 grader er korrosjonshastigheten under 0,05 mm/år. Imidlertid endrer tilsetning av ferriioner miljøet. Fe³⁺ er et oksidasjonsmiddel som enten kan bidra til å opprettholde den passive filmen (ved å gi katodisk strøm) eller akselerere korrosjon gjennom transpassiv oppløsning, avhengig av konsentrasjonen.
Ved lave Fe³⁺-konsentrasjoner (10-100 ppm), er jern-ionet gunstig – det styrker den passive filmen ved å gi katodisk polarisering. Ved høyere konsentrasjoner (over ca. 500 ppm) driver det forhøyede korrosjonspotensialet titanet inn i det transpassive området hvor oksidfilmen blir ustabil og oppløses. Korrosjonshastigheten kan øke med en størrelsesorden eller mer.
| Korrosjonsparameter | Titan klasse 12 | PTFE |
|---|---|---|
| Korrosjonshastighet i 10 % HCl, 70 grader, 0 ppm Fe³⁺ (mm/år) | < 0.05 | 0 |
| Korrosjonshastighet i 10 % HCl, 70 grader, 500 ppm Fe³⁺ | 0.1-0.3 | 0 |
| Korrosjonshastighet i 10 % HCl, 70 grader, 2000 ppm Fe³⁺ | 0.5-1.5 | 0 |
| Følsomhet for Fe³⁺-konsentrasjon | Høy (gunstig ved lav, skadelig ved høy) | Ingen |
| Følsomhet for temperatur | Høy (hastigheten dobles per 15 grader) | Ingen (under 260 grader) |
| Sveisesonekorrosjon | Mulig (Mo, Ni-segregering) | N/A (ingen sveiser) |
Fe³⁺ ekskursjonsscenario
I industriell HCl-tjeneste kan jern-ionkonsentrasjonen variere uventet. Jernforurensning fra korroderende oppstrøms stålrør løses opp i syren og oksiderer til Fe³⁺. En prosessforstyrrelse kan frigjøre en slump av jern-rik syre i varmeveksleren. Fe³⁺-konsentrasjonen øker fra nær null til flere hundre eller tusen ppm. En veksler av titan klasse 12 som fungerte trygt i lavt-Fe³⁺-regimet, opplever plutselig akselerert korrosjon under ekskursjonen.
Korrosjonsskadene fra ekskursjonen er kanskje ikke umiddelbart synlige. Den passive filmen, når den først er destabilisert, vil kanskje ikke repassiveres fullstendig når Fe³⁺-konsentrasjonen går tilbake til det normale. Groper initiert under ekskursjonen fortsetter å forplante seg. Veksleren svikter uker eller måneder senere, og feilen tilskrives "uforklarlig gropdannelse".
PTFE har ingen passiv film som destabiliserer. En Fe³⁺ ekskursjon av hvilken som helst størrelse etterlater materialet uendret. Hundrede ekskursjonen er overlevd like fullstendig som den første.
Kostnads-ytelsessammendraget
Titanium Grade 12 varmevekslere koster 6-10 ganger mer enn PTFE-ekvivalenter. Kostnadspremien kjøper kompakthet-titans varmeledningsevne på 21 W/m·K krever mindre overflate enn PTFE. I prosesser der Fe³⁺ er garantert fraværende eller opprettholdt i det fordelaktige området, fungerer titan Grade 12 godt.
Der Fe³⁺-konsentrasjonen er variabel, dårlig kontrollert eller utsatt for ekskursjoner, er PTFE det lavere-risikovalget. Kostnaden for en enkelt ekskursjon som ødelegger en titanveksler kan overstige den totale installerte kostnaden for en PTFE-erstatning.
Sammendrag
PTFE-varmevekslere er ubetinget motstandsdyktige mot HCl med oppløste ferriioner, mens titan Grade 12 lider av akselerert korrosjon når Fe³⁺-konsentrasjonen overstiger ca. 500 ppm. Fe³⁺ ekskurs overlevelsesevnen til PTFE er absolutt. PTFE er valget med lavere-risiko i HCl-tjenester der jernforurensning er mulig.
Teknisk støtte for valg av PTFE vs. titanmateriale i HCl-FeCl₃-tjenesten er tilgjengelig ved innsending av syrekonsentrasjon, jernioneområde, driftstemperatur og gjeldende korrosjonshistorikk for utstyret.
