A pH-tartomány kérdése
A kémiai szolgáltatáshoz hőcserélőt választó technológiai mérnökök gyakran felteszik a kérdést: milyen pH-tartományt bír el ez az anyag? A kérdés egyetlen-anyagi választ feltételez. A fémes hőcserélők, különösen a titán esetében a válasz nem csak a folyamatfolyadék pH-értékétől függ, hanem minden mástól, ami a rendszerhez kapcsolódik.
A titán körülbelül 2-12 pH-tartományban ellenáll a korróziónak oxidáló körülmények között. Ez a tartomány számos ipari alkalmazást lefed. Más fémek jelenléte azonban a rendszerben{4}}szivattyú járókerekek, szeleptestek, tartályfalak, anódkosarak – egy másik, a pH-tól független korróziós mechanizmust vezet be: a galvanikus korróziót.
A teljesen PTFE hőcserélőnek nincs galvanikus korrózió kockázata, mivel elektromosan nem-vezető. Használható pH-tartománya 0-tól 14-ig terjed, anélkül, hogy az oxidáló vagy redukáló körülményektől függ. A két anyag teljesen eltérő fizikai elvek alapján közelíti meg a korróziós problémát.
A titán pH-korlátozása és a galvanikus korróziós csapda
A titán korrózióállósága egy stabil TiO₂ passzív filmen alapul. Ez a film stabil oxidáló savakban körülbelül 2-12 pH-tartományban. A redukáló savakban forró HCl, HBr és HF bármely pH-n a film feloldódik és a titán aktívan korrodál. Erősen lúgos oldatokban, amelyek pH-értéke 12 felett van magas hőmérsékleten, a film is feloldódhat, ami egyenletes korrózióhoz vagy hidrogénridegséghez vezet.
A galvanikus korrózió még a titán biztonságos pH-tartományán belül is tönkreteheti a fémet, ha az elektromosan összekapcsolódik egy nemesebb anyaggal. A titán passzív állapotában viszonylag nemes a galvanikus sorozatban. Ha a titán grafithoz, platinához vagy bizonyos rozsdamentes acélokhoz kapcsolódik vezetőképes oldatban, a titán katódos és általában biztonságos. De ha a titán passzív fólia lokálisan lebomlik-karcolás, rés vagy vegyi felborulás következtében-, a megvilágított aktív titán erősen anódos a környező passzív felülethez képest. Az aktív és passzív titán közötti galvanikus pár ugyanazon a komponensen gyors pittinget eredményez.
A rendszerben lévő külső fémek növelik a kockázatot. A titán hőcserélő egy rozsdamentes acél tartályban, réz gyűjtősínekkel, több-fém rendszert hoz létre. Ha a szórt áramok folynak, vagy a földpotenciálok eltérnek, a galvanikus korrózió megtámadhatja az áramkör legkevésbé nemesfémét, -potenciálisan a titánt passzivált körülmények között.
1. táblázat: pH és galvanikus korrózió összehasonlítása
| Korróziós tulajdonság | Titán (2. osztály) | PTFE |
|---|---|---|
| Használható pH-tartomány (oxidációs körülmények) | 2-12 | 0-14 |
| Használható pH-tartomány (csökkentő körülmények) | 4-10 (szigorúan korlátozott) | 0-14 (nincs korlátozás) |
| HF-ellenállás bármilyen pH-n | Egyik sem | Teljes |
| Forró tömény NaOH-val szembeni ellenállás | Korlátozott (a hidrogén ridegsége pH 12 felett, 80 fok) | Teljesítve 260 fokban |
| Elektromos vezetőképesség | Vezetőképes | Nem{0}}vezető (szigetelő) |
| Galvanikus korrózió veszélye | Jelen (ha eltérő fémekhez kapcsoljuk) | Nulla (nincs elektromos út) |
| Kóbor áram korróziós veszélye | Jelenlegi | Nulla |
| Passzivitás-függőség | Kritikus (filmbontás → gyors támadás) | Nincs (nincs passzív film) |
| Réskorrózió veszélye tengervízben/kloridokban | Mérsékelt (70 fok felett) | Nulla |
PTFE: Nulla elektromos vezetőképesség, nulla galvanikus kockázat
A PTFE egy elektromos szigetelő, amelynek térfogat-ellenállása meghaladja a 10¹8 ohm·cm-t. Az anyagon elektromos áram nem folyhat át. A galvanikus korrózióhoz elektromos áramkör szükséges: egy anód, egy katód, egy vezető út az oldaton és egy vezető út a fémen keresztül. A PTFE nem tudja befejezni a fémes vezetési utat.
A technológiai tartályba merített PTFE hőcserélőt bármilyen elektromos potenciálon fémek bármilyen kombinációja körülveheti. A PTFE és ezen fémek között nem képződik galvanikus cella, mivel a PTFE nem járul hozzá az elektronikus vezetéshez. A fluorpolimer elektromosan láthatatlan a rendszer számára.
Ez az elektromos tehetetlenség kiterjed a szórt áram korróziójára is. Az elektrokémiai feldolgozás-galvanizálása, galvanizálása, eloxálása{2}}az oldaton átfolyó szórt áramok be- és kiléphetnek a fémes hőcserélőkbe, súlyos helyi korróziót okozva az áramkilépési pontokon. A PTFE, mivel nem-vezető, nem képes szórt áramot szállítani. Az áram teljesen megkerüli a hőcserélőt.
A pH-tartomány: abszolút vs. feltételes
A titán 2-12 pH-tartománya oxidáló körülmények között feltételes. A passzív film fenntartása az oxidálószerek jelenlététől függ. Kizárja a fluort, a kritikus hőmérséklet feletti kloridot és a redukáló savakat. Ez megköveteli a galvánpárok és a szórt áramok hiányát. Ezek a feltételek jól kontrollált folyamatban kezelhetők, de mérnöki figyelmet és működési fegyelmet igényelnek.
A PTFE 0-14 pH-tartománya abszolút. Ebben a tartományban semmilyen kémiai körülmény semmilyen gyakorlati hőmérsékleten nem rontja az anyagot. Nincs szükség oxidálószerre. Passzív fóliát nem szabad fenntartani. Nincs szükség galvanikus leválasztásra. Az anyag alapvetően immunis az elektrokémiai korróziós mechanizmusokkal szemben.
Összegzés
A PTFE hőcserélők szélesebb hatásos pH-tartományt kezelnek, mint a titán, mivel a fluorpolimer korrózióállósága független az elektrokémiai körülményektől. A titán használható pH-tartománya az oxidációs körülményektől függ, redukáló savak és forró lúgok korlátozottak, és érzékeny a galvanikus és szórt áramú korrózióra, amikor más fémek is jelen vannak a rendszerben.
A PTFE kiküszöböli a galvanikus korrózió kockázatát az elektromos nem{0}}vezetőképesség miatt, és megszünteti a pH-korlátozást a szén-fluor kötések termodinamikai stabilitása révén. A PTFE pH-tartománya abszolút 0 és 14 között van, feltételes korlátozások nélkül.
Műszaki elemzés a hőcserélő anyagok kiválasztásához széles pH- és elektrokémiai körülmények között elérhető a teljes folyamatkémiai adatok, a pH-tartomány, az oxidációs -redukciós potenciál, a rendszerben lévő egyéb fémek és a meglévő berendezéseken megfigyelt korróziós minták benyújtásával.
