Bagaimanakah Suhu Mentol-Basah Udara Ambien Mempengaruhi Kadar Kakisan Bahagian Tidak Tenggelam (Fasa Wap) Pemanas Titanium?

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 darjah, kelembapan tinggi), lembapan akan terpeluwap pada permukaan titanium yang lebih sejuk (jika suhu permukaan berada di bawah takat embun). Lapisan pemeluwapan ini mengandungi gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, klorida) dan boleh menghakis. Jika suhu mentol-basah rendah (cth < 15 darjah , udara kering), permukaan titanium kekal kering dan pasif serta kakisan adalah tidak ketara. Sebagai contoh, pemanas titanium dalam mandian air berasid panas (80 darjah) pada suhu mentol -basah ambien 28 darjah boleh mengalami kakisan pitting pada kadar 0.05-0.2 mm/tahun di bahagian yang tidak tenggelam, manakala pemanas yang sama dalam iklim kering (mentol kakisan basah ) tidak menunjukkan darjah yang ketara 10.

Mekanisme Kakisan Fasa Wap Titanium
Bahagian pemanas titanium yang tidak terendam terdedah kepada wap daripada cecair proses dan udara ambien. Wap terdiri daripada spesies meruap (HCl, kabus H2SO4, asid organik atau wap air). Jika suhu mentol basah-ambien tinggi dan suhu permukaan lebih rendah daripada takat embun campuran udara-wap, lembapan akan terpeluwap pada permukaan titanium. Kondensat cecair menghasilkan salutan elektrolit nipis (biasanya 1-tebal 100 µm) yang menyerap gas menghakis (CO₂, SO₂, Cl₂) daripada udara dan asid meruap daripada wap. Filem ini sangat bermusuhan kerana nisbah luas permukaan kepada isipadunya yang besar dan kerana ia menumpukan spesies menghakis semasa ia menyejat. Di bawah keadaan ini adalah mungkin untuk mengganggu filem pasif titanium dan untuk memulakan kakisan pitting atau celah pada antara muka wap-cecair.

Kuantifikasi kadar kakisan fasa wap vs suhu mentol-basah
Ambien Basah-Suhu Mentol ( darjah ) Kelembapan Relatif (%) Pemeluwapan pada Permukaan Ti (pada Suhu Permukaan 40 darjah)Kadar Kakisan Fasa Wap (mm/th) Spesies Dominan Tahap risiko < 10 < 30 Tiada (kering) < 0.005 Tiada Diabaikan0.0.0 Sedikit Sesekali asid cairRendah 15-20 50-70 Kerap (filem nipis) 0.01-0.05 Kabus asid + klorida20-25 70-85 Berterusan (filem nipis) 0.05-0.15 Asid pekat + klorida Tinggi 25-30 85-95 Berterusan (filem lebih tebal) 0.15-0.30 Spesies F berkonsentrasi tinggi >0.30 > (menitis) 0.10-0.20 (dibasuh) Pencairan dengan menitis Sederhana (dibasuh)
Panduan Berasaskan Senario untuk Kawalan Hakisan Fasa Wap
Proses Cecair Komposisi WapAmbien Basah-Suhu Mentol ( darjah ) Risiko Kakisan dalam Bahagian Tidak Terendam Dicadangkan
Air panas, neutralWap air sahaja Sebarang Rendah Tiada tindakan diperlukan
Cairkan HCl (5%) HCl kabus + wap air 15 Titanium rendah mengewap (tiada kesan)
Kabus HCl + wap air Cairkan HCl (5%) 25 Bahagian fasa Wap Sederhana disalut dengan PTFE
HCl pekat (20%) wap HCl + wap air 25 Tinggi Penggunaan tangki tertutup dengan pengekstrakan wap
Air garam panas (20% NaCl) Wap air + kabus garam 28 Tinggi (pitting) Bahagian fasa wap elektropolish. Tambah semburan air untuk mengelakkan pengumpulan garam.
50% Asid sulfurikH₂SO₄ kabus + wap air 25 Sederhana hingga tinggi Panjangkan bahagian yang dipanaskan untuk mengekalkan permukaan di atas takat embun
Asid kromik (mandi penyaduran) Wap asid kromik 20 Rendah (kromat menghalang)Tiada tindakan diperlukan (Kromat pasif)
Pelarut organik (tiada air) Wap pelarut Mana-mana Sangat rendah Tiada pemeluwapan air. Permukaan kering.
Pendekatan Kejuruteraan untuk Mengurangkan Hakisan Fasa Wap
Apabila kakisan fasa wap berlaku pada bahagian pemanas titanium yang tidak terendam disebabkan oleh suhu mentol -basah yang tinggi ( > 20 darjah ), empat pengurangan berkesan. Mitigasi pertama adalah untuk menaikkan bahagian yang dipanaskan lebih tinggi di atas paras cecair. Suhu permukaan titanium mesti dikekalkan di atas takat embun (cth > 45 darjah untuk mentol basah 25 darjah-) ​​untuk mengelakkan pemeluwapan. Ini memerlukan pemanas untuk dibina supaya elemen pemanasan memanjang ke kawasan fasa wap, mengekalkan sarung titanium dipanaskan. Tebatan kedua ialah penutup PTFE atau fluoropolymer pada kawasan air di atas. Salutan menghentikan elektrolit pekat daripada menyerang permukaan titanium. Tebatan terakhir ialah memasang peranti pengekstrakan wap (hud ekzos) untuk mengeluarkan wap yang menghakis dan meminimumkan kelembapan di atas tangki. Pemeluwapan dielakkan jika suhu mentol-basah dikurangkan di bawah 15 darjah . Mitigasi keempat ialah penggunaan semburan air atau penghapus kabus untuk membersihkan bahagian yang tidak tenggelam secara berterusan untuk mengelakkan kepekatan spesies menghakis.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 darjah)
Suhu mentol-basah udara ambien secara langsung memberi kesan kepada kadar kakisan bahagian tidak terendam (fasa wap) pemanas titanium. Jika suhu mentol-basah di bawah 15 darjah (keadaan kering), permukaan titanium akan kekal kering dan tidak-menghakis. Apabila suhu mentol-basah melebihi 25 darjah (keadaan lembap), lembapan akan terpeluwap pada permukaan titanium yang lebih sejuk dan membentuk filem elektrolit nipis, yang menyerap gas menghakis dan menumpukan spesies melalui penyejatan. Dalam persekitaran yang keras (cth HCl panas atau air garam dengan kelembapan ambien yang tinggi), kadar kakisan fasa wap boleh setinggi 0.15-0.30 mm/tahun, yang membawa kepada pitting dan penembusan bahagian yang tidak terendam dalam 2-5 tahun. Pengurangan termasuk memanaskan bahagian di atas takat embun yang tidak tenggelam, menyalut PTFE atau melaksanakan pengekstrakan wap untuk meminimumkan suhu mentol basah. Untuk sebarang aplikasi dengan wap menghakis dan kelembapan ambien yang tinggi, menyatakan pemanas titanium akan memerlukan pembekal dibekalkan dengan julat suhu mentol basah yang diunjurkan supaya bahagian yang tidak terendam boleh direka bentuk dengan sewajarnya (pemanasan lanjutan, salutan atau naik taraf bahan).