Az oxidáló szennyeződés hatása
Az ipari szolgáltatásban használt kénsav ritkán tiszta. Oldott fémionokat tartalmaz a felső berendezések korróziójából, magából a technológiai kémiából vagy a nyersanyagokból. A vas-vas (Fe³⁺) és a réz-réz (Cu²⁺) a leggyakoribb fémszennyeződések. Koncentrációjuk a savban a folyamattól függően 10 ppm és több ezer ppm között van.
Ezek az oldott fémek nem inert nézők. Elektrokémiailag aktívak. A vas- és rézionok oxidálószerek, -elektronokat tudnak fogadni, és vas(Fe²⁺) és réz(Cu⁺) halmazállapotúvá redukálódnak. Ez az oxidáló képesség befolyásolja a savban lévő fémek korróziós viselkedését.
A cirkónium 702 egy stabil ZrO2 passzív filmre támaszkodik a kénsavban történő korrózióállóság érdekében. Az oxidáló szennyeződések a koncentrációtól és a hőmérséklettől függően néha előnyösen, néha rombolóan befolyásolják a film stabilitását.
A PTFE-nek nincs passzív filmje. Korrózióállósága független a környezet oxidáló vagy redukáló jellegétől. A fémes szennyeződések jelenléte vagy hiánya a savban nincs hatással a PTFE kémiai tehetetlenségére. A cirkónium és a PTFE közötti összehasonlítás ebben a környezetben egy olyan anyag között történik, amelynek korrózióállósága a szennyeződések kémiájától függ, és egy olyan anyag között, amely közömbös vele szemben.
Az oxidáló szennyeződések kettős hatása a cirkóniumra
A kénsavban oxidáló fémionok koncentrációjuktól függően két ellentétes módon befolyásolják a cirkónium korrózióját.
Alacsony koncentrációban (10-100 ppm) a vas- és rézionok előnyösek. Emelik a cirkónium korróziós potenciálját a passzív tartományba, erősítve a ZrO₂ filmet. A kénsavban lévő, nyomokban vas(III)iont tartalmazó cirkónium jobban korrózióálló-, mint a tiszta savban lévő cirkónium. Ez a jótékony hatás jól ismert, és néha szándékosan alkalmazzák – vas-szulfátot adnak a kénsavhoz a cirkónium berendezések védelmére.
Magas koncentrációban (körülbelül 500{5}}1000 ppm felett, a hőmérséklettől és a savkoncentrációtól függően) ugyanazok az oxidáló ionok károsakká válnak. A megnövekedett korróziós potenciál a cirkóniumot a transzpasszív tartományba tereli, ahol a ZrO₂ film instabillá válik és feloldódik. Az eredmény felgyorsult, gyakran lokális korrózió. Ennek az átmenetnek a küszöbkoncentrációja a hőmérséklettől függ - magasabb hőmérsékleten a küszöb alacsonyabb.
| Korróziós paraméter | Cirkónium 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Korrózióvédelmi mechanizmus | ZrO₂ passzív film | Az inherens C-F kötés stabilitása |
| Fe³⁺ hatása 10-100 ppm-nél | Előnyös (erősíti a passzív filmréteget) | Nincs hatás |
| Fe³⁺ hatása 500-5000 ppm-nél | Káros (transzpasszív feloldódás) | Nincs hatás |
| Cu²⁺ hatása | Hasonló a Fe³⁺-hez; a küszöb változó | Nincs hatás |
| Szennyezőanyag-koncentráció-ellenőrzési követelmény | Kritikus (passzív tartományban kell maradnia) | Egyik sem |
| A szennyeződési kirándulás következménye | Gyors lokális korrózió | Semmi következmény |
A szennyeződés kirándulás forgatókönyve
A kémiai folyamatok során a szennyeződések kiugrik. A korrodáló szivattyú járókereke az áramlás irányában vascsomót szabadít fel. A nyersanyag minőségének változása emelt rézszintet vezet be. A normál szennyeződési tartományra tervezett hőcserélő az ezen a tartományon kívül eső koncentrációknak van kitéve.
A „biztonságos” alacsony-szennyeződésű rendszerben működő cirkónium egy vasvas kimozdulás révén transzpasszív korrózióba taszítható. A korróziós kár a kirándulás során jelentkezik, és folytatódhat, miután a szennyeződések szintje visszatér a normál értékre, ha helyi támadás indult. Előfordulhat, hogy a kirándulás észrevétlen marad-nincs látható változás a sav színében, és a korróziófigyelés gyakran időszakos, nem pedig folyamatos.
A PTFE-t semmilyen szennyeződéskoncentrációnál nem befolyásolja az eltérés. Az anyag korróziós sebessége nulla marad, függetlenül a szennyeződés kémiától. Ez a közömbösség olyan biztonsági határt jelent, amely értékes azokban a folyamatokban, ahol a szennyeződések szintje változó, rosszul ellenőrizhető, vagy alkalmankénti eltéréseknek van kitéve.
A felügyeleti és ellenőrzési teher
A kénsavban lévő cirkónium esetében ellenőrizni kell az oxidáló szennyeződések koncentrációját annak biztosítása érdekében, hogy az a biztonságos tartományon belül maradjon. Ez a megfigyelés laboratóriumi erőforrásokat fogyaszt, és egy folyamatvezérlő pontot hoz létre, amelyet kezelni kell. Ha a szennyezőanyag-koncentráció a transzpasszív küszöb felé halad, korrekciós intézkedéseket -hígítást, kémiai beállítást vagy folyamatmódosítást- kell tenni.
A PTFE megszünteti ezt a felügyeleti és ellenőrzési terhet. A korrózió elleni küzdelemhez nincs szükség szennyeződésanalízisre. A hőcserélő biztonságosan működik bármilyen szennyezőanyag-koncentrációnál a nullától a telítettségig. A szennyeződéskezelésre szánt laboratóriumi és folyamatmérnöki erőforrások átirányíthatók.
Összegzés
A PTFE hőcserélők közömbösek a kénsavban oxidáló fémes szennyeződésekkel szemben, míg a cirkónium 702 a passzív védelemről a gyorsított transzpasszív korrózióra vált át, amikor a szennyeződések koncentrációja egy küszöbérték fölé emelkedik. A PTFE kiküszöböli a szennyeződések felügyeletének és ellenőrzésének szükségességét, és védettséget biztosít a szennyeződések kimozdulásával szemben, amelyek károsíthatják a cirkónium berendezést. Azokban a folyamatokban, ahol a kénsav tisztasága változó vagy rosszul szabályozott, a PTFE az alacsonyabb-kockázatú anyag.
Mérnöki támogatás az anyagok kiválasztásához a szennyezett kénsav szolgáltatásban a savkoncentráció, a szennyeződések típusai és koncentrációtartományai, az üzemi hőmérséklet és az aktuális korróziófigyelési adatok benyújtásával érhető el.
