อุณหภูมิกระเปาะเปียก-ของอากาศแวดล้อมส่งผลต่ออัตราการกัดกร่อนของส่วนที่ไม่จมอยู่ใต้น้ำ (เฟสไอ) ของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมอย่างไร

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 องศา ความชื้นสูง) ความชื้นจะควบแน่นบนพื้นผิวไทเทเนียมที่เย็นกว่า (หากอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่าจุดน้ำค้าง) ชั้นของการควบแน่นนี้มีก๊าซละลาย (ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ คลอไรด์) และอาจกัดกร่อนได้ หากอุณหภูมิกระเปาะเปียก-ต่ำ (เช่น < 15 องศา อากาศแห้ง) พื้นผิวไทเทเนียมจะยังคงแห้งและไม่โต้ตอบ และการกัดกร่อนไม่มีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น เครื่องทำความร้อนไทเทเนียมในอ่างน้ำร้อน (80 องศา ) ที่มีน้ำกรดที่อุณหภูมิกระเปาะเปียกโดยรอบ-ที่ 28 องศาสามารถทนต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้ในอัตรา 0.05-0.2 มม./ปีในส่วนที่ไม่จมอยู่ใต้น้ำ ในขณะที่เครื่องทำความร้อนแบบเดียวกันในสภาพอากาศแห้ง (กระเปาะเปียก 10 องศา ) ไม่มีการกัดกร่อนที่มีนัยสำคัญ

กลไกการกัดกร่อนของเฟสไอของไทเทเนียม
ส่วนที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมจะถูกสัมผัสกับไอจากของเหลวในกระบวนการและอากาศโดยรอบ ไอประกอบด้วยสารระเหย (HCl, หมอกของ H2SO4, กรดอินทรีย์หรือไอน้ำ) หากอุณหภูมิกระเปาะเปียก-โดยรอบสูงและอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่าจุดน้ำค้างของส่วนผสมอากาศ-ไอ ความชื้นจะควบแน่นบนพื้นผิวไทเทเนียม คอนเดนเสทเหลวจะสร้างสารเคลือบอิเล็กโทรไลต์บางๆ (ปกติมีความหนา 1-100 µm) ซึ่งดูดซับก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (CO₂, SO₂, Cl₂) จากอากาศและกรดระเหยจากไอ ภาพยนตร์เรื่องนี้มีความเป็นมิตรมากเนื่องจากมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่ใหญ่ และเนื่องจากมีการรวมตัวของสายพันธุ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในขณะที่ระเหย ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เป็นไปได้ที่จะทำลายฟิล์มพาสซีฟของไทเทเนียม และทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือรอยแยกที่ส่วนต่อประสานระหว่างไอและของเหลว

ปริมาณของอัตราการกัดกร่อนของเฟสไอเทียบกับอุณหภูมิกระเปาะเปียก-
เปียกโดยรอบ-อุณหภูมิกระเปาะ (องศา ) ความชื้นสัมพัทธ์ (%) การควบแน่นบนพื้นผิว Ti (ที่อุณหภูมิพื้นผิว 40 องศา) อัตราการกัดกร่อนของเฟสไอ (มม./ปี) สายพันธุ์ที่โดดเด่น ระดับความเสี่ยง < 10 < 30 ไม่มี (แห้ง) < 0.005 ไม่มี เล็กน้อยเป็นครั้งคราว (เป็นระยะ ๆ) 0.005-0.01 หมอกของกรดเจือจางต่ำ 15-20 50-70 บ่อยครั้ง (ฟิล์มบาง) 0.01-0.05 หมอกกรด + คลอไรด์20-25 70-85 ต่อเนื่อง (ฟิล์มบาง) 0.05-0.15 กรดเข้มข้น + คลอไรด์ สูง 25-30 85-95 ต่อเนื่อง (ฟิล์มหนากว่า) 0.15-0.30 ชนิดที่มีความเข้มข้นสูง รุนแรง > 30 > 95 น้ำท่วม (หยด) 0.10-0.20 (ล้าง) เจือจางโดยหยด ปานกลาง (ล้าง)
คู่มือตามสถานการณ์จำลองสำหรับการควบคุมการกัดกร่อนของเฟสไอ
องค์ประกอบไอ กระบวนการของของเหลวโดยรอบ เปียก-อุณหภูมิกระเปาะ ( องศา ) ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนในส่วนที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำ แนะนำให้บรรเทาผลกระทบ
น้ำร้อน, เป็นกลางไอน้ำเท่านั้น ต่ำมาก ไม่ต้องดำเนินการใดๆ
เจือจาง HCl (5%) หมอก HCl + ไอน้ำ 15 ไทเทเนียมต่ำระเหย (ไม่มีผลกระทบ)
หมอก HCl + ไอน้ำ เจือจาง HCl (5%) 25 ส่วนเฟสไอปานกลางเคลือบด้วย PTFE
HCl เข้มข้น (20%) ไอ HCl + ไอน้ำ 25 สูง ใช้ถังปิดผนึกพร้อมระบบสกัดไอ
น้ำเกลือร้อน (20% NaCl) ไอน้ำ + หมอกเกลือ 28 ส่วนสูง (เป็นหลุม) ของเฟสไอด้วยไฟฟ้า เติมสเปรย์น้ำเพื่อไม่ให้เกลือสะสม
กรดซัลฟิวริก 50%H₂SO₄ หมอก + ไอน้ำ 25 ปานกลางถึงสูง เพิ่มส่วนที่ให้ความร้อนให้ยาวขึ้นเพื่อให้พื้นผิวอยู่เหนือจุดน้ำค้าง
กรดโครมิก (อ่างชุบ) ไอกรดโครมิก 20 ต่ำ (ยับยั้งโครเมต) ไม่ต้องดำเนินการใดๆ (โครเมตพาสซีฟ)
ตัวทำละลายอินทรีย์ (ไม่มีน้ำ) ไอตัวทำละลาย ใดๆ ต่ำมาก ไม่มีการควบแน่นของน้ำ พื้นผิวแห้ง
แนวทางทางวิศวกรรมเพื่อลดการกัดกร่อนของเฟสไอ
เมื่อการกัดกร่อนของเฟสไอเกิดขึ้นในส่วนที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเนื่องจากอุณหภูมิกระเปาะเปียกสูง- ( > 20 องศา ) การบรรเทาผลกระทบสี่ประการจะมีประสิทธิภาพ การบรรเทาผลกระทบขั้นแรกคือการยกส่วนที่ให้ความร้อนให้สูงกว่าระดับของเหลว ต้องรักษาอุณหภูมิของพื้นผิวไทเทเนียมให้อยู่เหนือจุดน้ำค้าง (เช่น > 45 องศาสำหรับกระเปาะเปียก 25 องศา-) ​​เพื่อหลีกเลี่ยงการควบแน่น สิ่งนี้จำเป็นต้องสร้างเครื่องทำความร้อนเพื่อให้องค์ประกอบความร้อนขยายออกไปในบริเวณเฟสไอ เพื่อรักษาความร้อนของปลอกไทเทเนียม การบรรเทาผลกระทบประการที่สองคือการเคลือบ PTFE หรือฟลูออโรโพลีเมอร์บนพื้นที่น้ำด้านบน การเคลือบจะหยุดอิเล็กโทรไลต์ที่ควบแน่นไม่ให้โจมตีพื้นผิวไทเทเนียม การบรรเทาผลกระทบขั้นสุดท้ายคือการติดตั้งเครื่องดูดไอ (เครื่องดูดควัน) เพื่อกำจัดไอระเหยที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและลดความชื้นเหนือถังให้เหลือน้อยที่สุด หลีกเลี่ยงการควบแน่นหากอุณหภูมิกระเปาะเปียก-ลดลงต่ำกว่า 15 องศา การบรรเทาผลกระทบประการที่สี่คือการใช้สเปรย์น้ำหรือเครื่องกำจัดละอองน้ำเพื่อทำความสะอาดส่วนที่ยังไม่จมอยู่ใต้น้ำอย่างต่อเนื่อง เพื่อป้องกันความเข้มข้นของสายพันธุ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 องศา )
อุณหภูมิกระเปาะเปียก-ของอากาศแวดล้อมส่งผลโดยตรงต่ออัตราการกัดกร่อนของส่วนที่ไม่จมอยู่ใต้น้ำ (เฟสไอ) ของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม หากอุณหภูมิกระเปาะเปียก-ต่ำกว่า 15 องศา (ในสภาวะแห้ง) พื้นผิวไทเทเนียมจะคงความแห้งและไม่-กัดกร่อน เมื่ออุณหภูมิกระเปาะเปียก-สูงกว่า 25 องศา (ในสภาวะชื้น) ความชื้นจะควบแน่นบนพื้นผิวไทเทเนียมที่เย็นกว่า และก่อตัวเป็นฟิล์มอิเล็กโทรไลต์บางๆ ซึ่งดูดซับก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและทำให้สายพันธุ์ต่างๆ เข้มข้นโดยการระเหย ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น HCl ร้อนหรือน้ำเกลือที่มีความชื้นโดยรอบสูง) อัตราการกัดกร่อนของเฟสไออาจสูงถึง 0.15-0.30 มม./ปี ซึ่งนำไปสู่การเป็นรูพรุนและการเจาะของชิ้นส่วนที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำใน 2-5 ปี การบรรเทาผลกระทบ ได้แก่ การทำความร้อนชิ้นส่วนเหนือจุดน้ำค้างที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำ การใช้การเคลือบ PTFE หรือการสกัดด้วยไอเพื่อลดอุณหภูมิกระเปาะเปียก สำหรับการใช้งานใดๆ ที่มีไอระเหยที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและมีความชื้นโดยรอบสูง การระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมจะต้องให้ซัพพลายเออร์ทราบช่วงอุณหภูมิกระเปาะเปียกที่คาดการณ์ไว้ เพื่อให้สามารถออกแบบชิ้นส่วนที่ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำได้อย่างเหมาะสม (การทำความร้อนแบบขยาย การเคลือบ หรือการอัพเกรดวัสดุ)