Oksüdeeriva kloriidi keskkond
Lahustatud raudkloriidi sisaldav kuum vesinikkloriidhape on keemiatööstuses üks agressiivsemaid keskkondi. Redutseeriva happe (HCl), võimsa oksüdeerija (Fe³⁺) ja kõrge kloriidikontsentratsiooni kombinatsioon loob tingimused, mis ründavad enamikku metalle mitme samaaegse mehhanismi kaudu.
Hastelloy B-3 on nikli-molübdeenisulam, mis on välja töötatud spetsiaalselt vastupidavaks puhtale vesinikkloriidhappele kõigil kontsentratsioonidel ja temperatuuridel kuni keemistemperatuurini. Selle kõrge molübdeenisisaldus (ligikaudu 28%) tagab erakordse vastupidavuse redutseerivatele hapetele. Sulam on paljude HCl-i käitlemise rakenduste jaoks valitud materjal.
Hastelloy B-3-l on aga kriitiline haavatavus: see ei talu oksüdeerivaid lisandeid. Raudkloriidi (FeCl3) esinemine HCl-s võib isegi kontsentratsioonis 50–100 ppm korrosiooni oluliselt kiirendada. Raua ioon nihutab korrosioonipotentsiaali piirkonda, kus sulamil olev passiivne kaitsekile on ebastabiilne.
PTFE on immuunne HCl, FeCl3 ja nende kombinatsioonide suhtes. Puudub korrosioonipotentsiaal nihutamiseks ega passiivne kile, mis destabiliseeriks. Hastelloy B-3 ja PTFE võrdlus selles keskkonnas illustreerib metallilise korrosioonikaitse põhimõttelist piirangut.
Hastelloy B-3 oksüdeerija{0}}indutseeritud korrosioonimehhanism
Hastelloy B-3 talub puhast HCl-i, moodustades molübdeenoksiidirikka passiivse kile. Redutseerivates tingimustes -HCl ilma lahustunud hapnikuta või oksüdeerivate metalliioonideta on see kile stabiilne. Sulam korrodeerub kiirusega alla 0,025 mm/aastas keevas 20% HCl-s.
Kui on olemas oksüdeerija, näiteks raudkloriid, nihkub korrosioonipotentsiaal 200-400 mV üllas suunas. Selle kõrgendatud potentsiaali korral muutub molübdeenirikas passiivne kile termodünaamiliselt ebastabiilseks. See lahustub. Aluseks olev sulam, mis on nüüd passiveeritud, korrodeerub aktiivselt. Korrosioonikiirus võib suureneda 10-100 korda.
Raudkloriid ise osaleb korrosioonireaktsioonis. Raua ioon redutseeritakse metalli pinnal raudioonideks: Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺. Metall varustab elektroni lahustades: Ni → Ni²⁺ + 2e⁻. Netoreaktsioon on sulami oksüdatiivne lahustumine, mida katalüüsib raud-raud-redokstsükkel.
| Korrosiooni parameeter | Hastelloy B-3 | PTFE |
|---|---|---|
| Korrosioonikaitse mehhanism | Rikkalik passiivne film{0} | Loomulik C-F sideme stabiilsus |
| Korrosioonikiirus 20% HCl-s temperatuuril 80 kraadi, 0 ppm Fe³⁺ (mm/aastas) | <0.025 | 0 |
| Korrosioonikiirus 20% HCl-s temperatuuril 80 kraadi, 100 ppm Fe³⁺ (mm/aastas) | 0.1-0.5 | 0 |
| Korrosioonikiirus 20% HCl-s temperatuuril 80 kraadi, 500 ppm Fe³⁺ (mm/aastas) | 0.5-2.0 | 0 |
| Korrosioonikiirus 20% HCl-s temperatuuril 80 kraadi, 2000 ppm Fe³⁺ (mm/aastas) | 2,0–10,0 (kiire) | 0 |
| Oksüdeerija kontsentratsiooni jälgimise nõue | Kriitiline | Mitte ühtegi |
| Oksüdeerija ekskursiooni tagajärg | Kiire, potentsiaalselt katastroofiline korrosioon | Ei mingit tagajärge |
Ekskursiooni stsenaarium
Raudkloriid võib HCl-i siseneda mitmel viisil. Korrodeeruvatest ülesvoolu teraseseadmetest tekkinud rauasaaste lahustub happes ja oksüdeerub raud(III) olekusse. Rauda-kandvad toorained sisaldavad rauda, mis lahustub ja oksüdeerub. Mõnes protsessis on raudkloriid reaktsioonisaaduseks või seda lisatakse tahtlikult.
"Puhtas" HCl-s rahuldavalt töötav Hastelloy B-3 soojusvaheti võib kogeda kiiret korrosiooni, kui raua saastumine suurendab raudioonide kontsentratsiooni üle läve. Korrosioon võib alata keevisõmblustes, kus mikrostruktuur erineb mitteväärismetallist, või tihendite või setete all olevates pragudes.
Ühest oksüdeerijast tingitud kahjustused võivad nõuda soojusvaheti väljavahetamist. Ekskursioon võib olla lühike ja avastamata,{1}}happe värvus ei pruugi madala rauakontsentratsiooni korral nähtavalt muutuda. Esimene märk probleemist võib olla leke.
Järelevalve ja kontrolli nõue
Hastelloy B-3 HCl-teenuses nõuab oksüdeerija kontsentratsiooni pidevat või sagedast jälgimist. Redokspotentsiaali mõõtmine annab reaalajas ülevaate lahuse oksüdeerivast iseloomust. Kasvav redokspotentsiaal annab märku oksüdeerija kontsentratsiooni suurenemisest ja korrosiooniläve lähenemisest. Kui redokspotentsiaal ületab sättepunkti, tuleb võtta parandusmeetmeid-keemiline lisamine oksüdeerija vähendamiseks või protsessi reguleerimine.
See seire- ja kontrollitaristu muudab protsessi kulusid ja keerukust. See tutvustab ka protsessi riskipunkti: kui seire ebaõnnestub või parandustegevus viibib, on soojusvaheti ohus.
PTFE kõrvaldab selle infrastruktuuri ja riski. Korrosioonitõrjeks ei ole oksüdeerija jälgimine vajalik. Soojusvaheti töötab ohutult igal raudkloriidi kontsentratsioonil nullist küllastuseni.
Kokkuvõte
PTFE-soojusvahetid on tingimusteta vastupidavad kuumale HCl-le, mis sisaldab lahustunud raudkloriidi kõikidel oksüdeerija kontsentratsioonidel, samas kui Hastelloy B-3-puhta HCl-i -peasulam kannatab kiirenenud korrosiooni käes, kui raudioonide kontsentratsioon ületab 50-100 ppm. Oksüdeerija destabiliseerib molübdeenirikka passiivse kile, suurendades korrosioonikiirust 10-100×. PTFE välistab vajaduse oksüdeerija jälgimise järele ja katastroofilise korrosiooni ohu oksüdeerija ekskurseerimisest. HCl-teenuse puhul, kus esineb raua saastumine või tahtlik raudkloriidi lisamine, on PTFE madalaima riskiga materjali valik.
Tehniline tugi PTFE soojusvaheti spetsifikatsioonidele HCl-FeCl₃ teenuses on saadaval happe kontsentratsiooni, raudioonide kontsentratsiooni (normaalne ja ekskursiivne), töötemperatuuri ja seadmete praeguse korrosiooniajaloo esitamisel.
