Hapettavan epäpuhtauden vaikutus
Teollisuuden rikkihappo on harvoin puhdasta. Se sisältää liuenneita metalli-ioneja alkupään laitteiden korroosiosta, itse prosessikemiasta tai raaka-aineista. Rautarauta (Fe³⁺) ja kuparikupari (Cu²⁺) ovat yleisimpiä metallisia epäpuhtauksia. Niiden pitoisuus hapossa vaihtelee prosessista riippuen 10 ppm:stä useisiin tuhansiin ppm:iin.
Nämä liuenneet metallit eivät ole inerttejä katsojia. Ne ovat sähkökemiallisesti aktiivisia. Rauta- ja kupari-ionit ovat hapettimia,{2}}ne voivat ottaa vastaan elektroneja ja pelkistää rauta- (Fe²⁺) ja kupari (Cu⁺) tilaan. Tämä hapetuskyky vaikuttaa hapossa olevien metallien korroosiokäyttäytymiseen.
Zirkonium 702 luottaa vakaaseen passiiviseen ZrO2-kalvoon rikkihapon korroosionkestävyyden vuoksi. Hapettavat epäpuhtaudet vaikuttavat tämän kalvon stabiilisuuteen joskus suotuisasti, joskus tuhoisasti pitoisuudesta ja lämpötilasta riippuen.
PTFE:ssä ei ole passiivikalvoa. Sen korroosionkestävyys on riippumaton ympäristön hapettavasta tai pelkistävästä luonteesta. Metallien epäpuhtauksien läsnäolo tai puuttuminen hapossa ei vaikuta PTFE:n kemialliseen inertiteettiin. Zirkoniumin ja PTFE:n vertailu tässä ympäristössä on materiaalin, jonka korroosionkestävyys riippuu epäpuhtauskemiasta, ja sellaisen materiaalin välillä, joka on sille välinpitämätön.
Hapettavien epäpuhtauksien kaksoisvaikutus zirkoniumiin
Hapettavat metalli-ionit rikkihapossa vaikuttavat zirkoniumin korroosioon kahdella vastakkaisella tavalla pitoisuudestaan riippuen.
Pienillä pitoisuuksilla (10-100 ppm) rauta- ja kupri-ionit ovat hyödyllisiä. Ne nostavat zirkoniumin korroosiopotentiaalia passiiviseen alueeseen vahvistaen ZrO₂-kalvoa. Rikkihapossa oleva zirkonium, jossa on vähän rauta-ioneja, on korroosionkestävämpi- kuin zirkonium puhtaassa hapossa. Tämä hyödyllinen vaikutus tunnetaan hyvin ja sitä käytetään joskus tarkoituksella lisäämällä ferrisulfaattia rikkihappoon zirkoniumlaitteiden suojaamiseksi.
Suurilla pitoisuuksilla (yli noin 500{5}}1 000 ppm lämpötilasta ja happopitoisuudesta riippuen) samoista hapettavista ioneista tulee haitallisia. Kohonnut korroosiopotentiaali ajaa zirkoniumin transpassiiviselle alueelle, jossa ZrO₂-kalvo muuttuu epävakaaksi ja liukenee. Tuloksena on kiihtynyt, usein paikallinen korroosio. Tämän siirtymän kynnyspitoisuus riippuu lämpötilasta - korkeammissa lämpötiloissa kynnys on alhaisempi.
| Korroosioparametri | Zirkonium 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Korroosiosuojamekanismi | Passiivinen ZrO₂-kalvo | Luontainen C-F-sidoksen vakaus |
| Fe³⁺:n vaikutus pitoisuudessa 10-100 ppm | Hyödyllinen (vahvistaa passiivikalvoa) | Ei vaikutusta |
| Fe³⁺:n vaikutus pitoisuudessa 500-5000 ppm | Haitallinen (transpassiivinen liukeneminen) | Ei vaikutusta |
| Cu²⁺:n vaikutus | Samanlainen kuin Fe³⁺; kynnys vaihtelee | Ei vaikutusta |
| Epäpuhtauspitoisuuden seurantavaatimus | Kriittinen (täytyy pysyä passiivisella alueella) | Ei mitään |
| Epäpuhtausmatkan seuraus | Nopea paikallinen korroosio | Ei seurauksia |
Epäpuhtauden retken skenaario
Kemialliset prosessit kokevat epäpuhtausretkiä. Syövyttävä pumpun siipipyörä ylävirtaan vapauttaa rautapalan. Muutos raaka-aineen laadussa lisää kohonnutta kuparia. Normaalille epäpuhtausalueelle suunniteltu lämmönvaihdin altistuu pitoisuuksille, jotka ovat kaukana tämän alueen ulkopuolella.
Zirkonium, joka toimii "turvallisessa" vähän{0}}epäpuhtaudessa, voidaan työntää transpassiiviseen korroosioon ferriraudan liikkeellä. Korroosiovaurio tapahtuu retken aikana ja voi jatkua sen jälkeen, kun epäpuhtauksien tasot palaavat normaaliksi, jos paikallinen hyökkäys on alkanut. Retki voi jäädä huomaamatta-hapon värissä ei ole näkyvää muutosta, ja korroosion seuranta on usein säännöllistä eikä jatkuvaa.
Poikkeama ei vaikuta PTFE:hen millään epäpuhtauspitoisuudella. Materiaalin korroosionopeus pysyy nollana epäpuhtauksien kemiasta riippumatta. Tämä välinpitämättömyys tarjoaa turvamarginaalin, joka on arvokas prosesseissa, joissa epäpuhtauspitoisuudet vaihtelevat, joita valvotaan huonosti tai joissa esiintyy satunnaisia muutoksia.
Valvonta- ja valvontataakka
Rikkihapossa oleva zirkonium vaatii hapettavien epäpuhtauksien pitoisuuden seurantaa sen varmistamiseksi, että se pysyy turvallisella alueella. Tämä valvonta kuluttaa laboratorioresursseja ja luo prosessin ohjauspisteen, jota on hallittava. Jos epäpuhtauskonsentraatio suuntautuu kohti transpassiivista kynnystä, on suoritettava korjaavat toimenpiteet-laimennus, kemiallinen säätö tai prosessin muutos-.
PTFE poistaa tämän valvonta- ja valvontataakan. Epäpuhtausanalyysiä ei tarvita korroosiontorjuntatarkoituksiin. Lämmönvaihdin toimii turvallisesti missä tahansa epäpuhtauspitoisuudessa nollasta kyllästykseen. Epäpuhtauksien hallintaan tarkoitetut laboratorio- ja prosessisuunnitteluresurssit voidaan ohjata uudelleen.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet ovat välinpitämättömiä rikkihapon hapettaville metalliepäpuhtauksille, kun taas zirkonium 702 siirtyy passiivisesta suojauksesta nopeutettuun transpassiiviseen korroosioon, kun epäpuhtauspitoisuus nousee kynnyksen yli. PTFE eliminoi epäpuhtauksien valvonnan ja hallinnan tarpeen ja suojaa zirkoniumlaitteita mahdollisesti vahingoittavia epäpuhtauksia vastaan. Prosesseissa, joissa rikkihapon puhtaus vaihtelee tai sitä valvotaan huonosti, PTFE on alhaisemman riskin materiaalivalinta.
Teknistä tukea materiaalien valinnalle epäpuhdasta rikkihappopalvelussa on saatavilla, kun happopitoisuus, epäpuhtaustyypit ja pitoisuusalueet, käyttölämpötila ja nykyiset korroosionvalvontatiedot toimitetaan.
