¿Cómo afecta la temperatura del bulbo húmedo-del aire ambiente a la tasa de corrosión de la sección no sumergida (fase de vapor) de un calentador de titanio?

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 grados, alta humedad), la humedad se condensará en la superficie de titanio más fría (si la temperatura de la superficie está por debajo del punto de rocío). Esta capa de condensación contiene gases disueltos (oxígeno, dióxido de carbono, cloruros) y puede ser corrosiva. Si la temperatura del bulbo húmedo-es baja (por ejemplo, <15 grados, aire seco), la superficie de titanio permanece seca y pasiva y la corrosión es insignificante. Por ejemplo, un calentador de titanio en un baño caliente (80 grados) de agua acidificada a una temperatura ambiente de bulbo húmedo de 28 grados puede sufrir corrosión por picaduras a tasas de 0,05-0,2 mm/año en la sección no sumergida, mientras que un calentador idéntico en un clima seco (bulbo húmedo a 10 grados) no muestra corrosión significativa.

Mecanismo de corrosión en fase de vapor del titanio
La parte no sumergida de un calentador de titanio está expuesta al vapor del líquido del proceso y al aire ambiente. El vapor está formado por especies volátiles (HCl, niebla de H2SO4, ácidos orgánicos o vapor de agua). Si la temperatura ambiente del bulbo húmedo-es alta y la temperatura de la superficie es inferior al punto de rocío de la mezcla de vapor-aire, la humedad se condensará en la superficie de titanio. El condensado licuado produce una fina capa de electrolito (normalmente de 1-100 µm de espesor) que absorbe gases corrosivos (CO₂, SO₂, Cl₂) del aire y ácidos volátiles del vapor. La película es muy hostil debido a su gran relación superficie-volumen y porque concentra especies corrosivas a medida que se evapora. Bajo estas condiciones es posible romper la película pasiva de titanio e iniciar corrosión por picaduras o grietas en la interfaz vapor-líquido.

Cuantificación de la tasa de corrosión en fase de vapor frente a la temperatura del bulbo húmedo-
Ambiente húmedo-Temperatura del bulbo (grados) Humedad relativa (%) Condensación en la superficie de Ti (a 40 grados de temperatura de la superficie)Tasa de corrosión en fase de vapor (mm/año)Especies dominantes Nivel de riesgo < 10 < 30 Ninguno (seco) < 0,005 Ninguno InsignificanteOcasional (intermitente) 0,005-0,01 Niebla de ácido diluidoBajo 15-20 50-70 Frecuente (película delgada) 0.01-0.05 Niebla ácida + cloruros20-25 70-85 Continuo (película delgada) 0.05-0.15 Ácido concentrado + cloruros Alto 25-30 85-95 Continuo (película más gruesa) 0.15-0.30 Especies altamente concentradas Severo > 30 > 95 Inundación (goteo) 0.10-0.20 (lavado) Dilución por goteo Moderado (lavado)
Una guía basada en escenarios para el control de la corrosión en fase de vapor
Composición del vapor Proceso líquido Ambiente húmedo-Temperatura del bulbo (grados) Riesgo de corrosión en la parte no sumergidaMitigación recomendada
Agua caliente, neutraSolo vapor de agua Cualquiera Baja No se necesita ninguna acción
HCl diluido (5%) Niebla de HCl + vapor de agua 15 Bajo El titanio se vaporiza (sin efecto)
Niebla de HCl + vapor de agua HCl diluido (5%) 25 Moderado Sección de fase de vapor recubierta con PTFE
HCl concentrado (20%) Vapor de HCl + vapor de agua 25 Alto Utilice tanque sellado con extracción de vapor
Salmuera caliente (20% NaCl) Vapor de agua + niebla salina 28 Alta (picaduras) Sección de la fase de vapor del electropulido. Agregue agua pulverizada para evitar la acumulación de sal.
50% Niebla de ácido sulfúrico H₂SO₄ + vapor de agua 25 Moderado a alto Alargue la porción calentada para mantener la superficie por encima del punto de rocío
Ácido crómico (baño de revestimiento) Vapor de ácido crómico 20 Bajo (los cromatos inhiben) No se requiere acción (los cromatos pasivan)
Disolvente orgánico (sin agua) Vapor de disolvente Cualquiera Muy bajo Sin condensación de agua. La superficie está seca.
Enfoques de ingeniería para reducir la corrosión en fase de vapor
Cuando se produce corrosión en fase de vapor en la parte no sumergida de un calentador de titanio debido a altas temperaturas de bulbo húmedo (> 20 grados), cuatro medidas de mitigación son efectivas. La primera mitigación es elevar la parte calentada por encima del nivel del líquido. La temperatura de la superficie de titanio debe mantenerse por encima del punto de rocío (por ejemplo, > 45 grados para un bulbo húmedo de 25 grados) para evitar la condensación. Esto requiere que el calentador esté construido de manera que el elemento calefactor se extienda hasta la región de la fase de vapor, manteniendo caliente la funda de titanio. La segunda mitigación es una cubierta de PTFE o fluoropolímero en el área del agua arriba. El recubrimiento evita que el electrolito condensado ataque la superficie del titanio. La mitigación final es instalar un dispositivo de extracción de vapor (campana extractora) para eliminar los vapores corrosivos y minimizar la humedad sobre el tanque. Se evita la condensación si la temperatura del bulbo húmedo-se reduce por debajo de los 15 grados. La cuarta mitigación es el empleo de un rociador de agua o un eliminador de niebla para limpiar continuamente la parte no sumergida y evitar la concentración de especies corrosivas.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 grados)
La temperatura del bulbo húmedo-del aire ambiente afecta directamente la velocidad de corrosión de la parte no sumergida (fase de vapor) de un calentador de titanio. Si la temperatura del bulbo húmedo-es inferior a 15 grados (condiciones secas), la superficie de titanio permanecerá seca y no-corrosiva. Cuando la temperatura del bulbo húmedo-es superior a 25 grados (condiciones húmedas), la humedad se condensa en la superficie más fría del titanio y forma una fina película de electrolito, que absorbe gases corrosivos y concentra especies por evaporación. En entornos hostiles (por ejemplo, HCl caliente o salmuera con alta humedad ambiental), las tasas de corrosión en fase de vapor pueden llegar a 0,15-0,30 mm/año, lo que provoca picaduras y perforaciones de la parte no sumergida en 2-5 años. Las mitigaciones incluyen calentar la parte por encima del punto de rocío que no está sumergida, aplicar recubrimientos de PTFE o implementar extracción de vapor para minimizar la temperatura de bulbo húmedo. Para cualquier aplicación con vapores corrosivos y alta humedad ambiental, especificar un calentador de titanio requerirá que se le proporcione al proveedor el rango de temperatura de bulbo húmedo proyectado para que la parte no sumergida pueda diseñarse adecuadamente (calentamiento extendido, recubrimiento o mejora del material).