En los depuradores húmedos de incineradores de residuos que manipulan vapores de ácido clorhídrico, ¿qué aleación de titanio (Ti-0,15Pd frente a Ti-0,3Mo-0,8Ni) ofrece una resistencia superior a la corrosión en grietas?

Los depuradores húmedos de los incineradores de residuos se encuentran en la interfaz entre los gases de combustión a alta-temperatura y los sistemas de absorción de líquidos corrosivos. Los vapores de ácido clorhídrico provenientes de la quema de plásticos clorados y otros desechos se condensan en un licor depurador de 5-15% de HCl a 60-80oC. Las aleaciones de titanio a menudo se seleccionan para los componentes internos de los depuradores, como cabezales rociadores, eliminadores de niebla y tubos recalentadores. El modo de falla más común es la corrosión por grietas en las uniones de tubo a placa de tubos, debajo de juntas y debajo de depósitos sólidos. Hay dos aleaciones de titanio que compiten por este servicio, Grado 7 (Ti-0.15Pd) y Grado 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) y ofrecen diferentes métodos de resistencia a la corrosión en grietas. Este artículo evalúa el rendimiento de las aleaciones en condiciones de depuración de ácido clorhídrico y determina qué aleación proporciona mejor protección contra el ataque de grietas.

Mecanismo de corrosión por grietas en depuradores de HCl
En una grieta (generalmente un espacio de 0,1 a 0,5 mm entre un tubo de titanio y una junta de PTFE o entre un tubo y una placa de tubo enrollada) la química es muy diferente a la del líquido depurador a granel. Los procesos catódicos agotan rápidamente el oxígeno en la grieta. En ausencia de oxígeno, el titanio se disuelve anódicamente con formación de iones Ti³⁺ y Ti⁴⁺ que se hidrolizan a HCl y reducen constantemente el pH de la grieta. En un depurador a granel con HCl al 10%, el pH puede estar por debajo de 0 a un pH de aproximadamente 0,5. La combinación de un alto contenido de cloruro, un pH bajo y un transporte de masa limitado da como resultado un entorno autocatalítico que conduce a una rápida corrosión en grietas una vez que ha comenzado.

La resistencia de una aleación a este ataque está definida por la temperatura crítica de grieta (CCT) y el potencial crítico de grieta (CCP). CCT es la temperatura máxima a la que se puede sumergir un conjunto de grietas estandarizado (ASTM G78) durante 72 horas sin que se produzca un ataque evidente de grietas. El PCC es el umbral más allá del cual no se produce la formación de grietas a una temperatura y concentración de cloruro determinadas.

Grado 7: Pasivación estabilizada con paladio
El titanio de grado 7 contiene 0,12-0,25% de paladio, un metal noble que es un excelente sitio catódico para la evolución de hidrógeno y la reducción de oxígeno. En el entorno de las grietas carentes de oxígeno-, el paladio cataliza la reducción de iones de hidrógeno (2H+ + 2e- → H2) a un sobrepotencial más bajo que el propio titanio. Esta reacción catódica ajusta el potencial de grieta en la dirección noble y, por lo tanto, ayuda a mantener la película pasiva incluso en condiciones de pH bajo y falta de oxígeno.

El grado 7 tiene un CCT en HCl al 10% a 70 grados C de aproximadamente 65 grados C - es decir, el ataque de grietas no comienza por debajo de 65 grados C en condiciones de prueba estándar. El ataque de grietas ocurre durante 100 a 200 horas a 75 grados. El grado 7 está en o ligeramente por debajo de su CCT para una fregadora que funciona a 60-70 grados, lo que proporciona un margen de seguridad pequeño pero funcional.

Grado 12: Mo-Ni Power-Up
El titanio de grado 12 tiene entre 0,2 y 0,4 % de molibdeno y entre 0,6 y 0,9 % de níquel. A diferencia del paladio, que altera el proceso catódico, el molibdeno se enriquece en la película pasiva como especies de molibdato (MoO₄²⁻) que impiden la penetración de los iones cloruro y reducen la velocidad de disolución anódica. El níquel aumenta la estabilidad de la película pasiva ante los ácidos reductores y ayuda a la repasivación después de un daño mecánico a la película. Esta combinación da como resultado una película pasiva más resistente a la rotura incluso en químicas agresivas en grietas.

El grado 12 tiene un CCT de alrededor de 80 grados en HCl al 10% a 70 grados, que es mucho más alto que el grado 7. El grado 12 muestra un ligero ataque de grietas después de 500 horas a 85 grados. El rendimiento mejorado se atribuye al hecho de que la adición de molibdeno-níquel conduce a un aumento en la estabilidad intrínseca de la película pasiva, en lugar de la catálisis de metales nobles, que puede verse obstaculizada cuando la reacción catódica predominante es la evolución de hidrógeno.

Comparación del rendimiento del depurador incinerador
Los datos de los depuradores de incineradores de residuos que funcionan a 65-70 grados con 8-12 % de HCl mostraron diferencias claras entre las dos aleaciones. Los tubos de grado 7 retirados después de 5 años de servicio muestran grietas poco profundas (de 0,1 a 0,3 mm de profundidad) en las uniones de los tubos laminados y debajo de las juntas. Algunas de las instalaciones de Grado 7 han experimentado perforaciones a través de grietas a los 7-8 años. En las mismas condiciones, los tubos de Grado 12 no muestran un ataque significativo de grietas después de 5 años, y sólo un grabado superficial mínimo (0,05 mm) después de 8 a 10 años.

La ventaja del Grado 12 es particularmente obvia en depuradores que tienen problemas de temperatura. La exposición de . 75-80 grados durante periodos prolongados causa ataque en grietas de Grado 7 que pueden crecer hasta 0,5 mm de profundidad en meses. El grado 12 no se ve relativamente afectado a estas temperaturas.

Matriz de aplicaciones de aleación de titanio para depuradores de incineradores
Condiciones de funcionamiento del depurador Concentración de HCl (rango de temperatura de aleación recomendado) Vida útil prevista sin fisuras-
Operación consecutiva, temperatura estable 5-10 % 55-65 grados Grado 7 5-7 años
Trabajo continuo, temperatura constante 10-15% 55-65 grados Grado 12 8-10 años
Operación variable Alteraciones de temperatura de hasta 75 grados 5 a 10 % 60 a 75 grados Grado 12 6 a 8 años
Desechos con alto contenido de cloro, a menudo variaciones 10-15% 65-80 grados Grado 12 (min) 5-7 años
Cualquier servicio donde haya depósitos sólidos pesados. Cualquier depósito de grado 12 aumenta el riesgo de grietas; Prefiero el grado 12
Nueva construcción, 10 años de vida útil 5-15% 60-70 grados Grado 12 10+ años
Conclusión sobre la especificación del depurador del incinerador
En los depuradores húmedos de incineradores de residuos donde se espera que los vapores de ácido clorhídrico estén a 60-80 grados, el titanio de grado 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) es preferible al grado 7 (Ti-0,15Pd) desde el punto de vista de la resistencia a la corrosión en grietas. La inhibición anódica de la adición de molibdeno-níquel mejora la estabilidad de la película pasiva y da como resultado una temperatura crítica en la grieta aproximadamente 15 grados más alta que el Grado 7. El servicio típico de depuración es a 65-70 grados con HCl al 10%. El grado 12 brindará entre 8 y 10 años de servicio sin grietas, pero el grado 7 comenzará a exhibir ataques después de 5 a 7 años. Grado 12: La aleación preferida para instalaciones nuevas o reemplazos que requieren una vida útil de 10 años, pero cuesta un poco más (aproximadamente entre un 15 y un 20 % más que el Grado 7). El grado 7 sigue siendo adecuado para depuradores de temperatura más baja (55-65 grados) o si el costo de capital inicial es la principal limitación, pero se debe especificar el grado 12 cuando la temperatura del depurador puede ser superior a 65 grados o donde el contenido de cloruro supera el 10%. Cuando compre, solicite tubos ASTM B338 Grado 12 con superficies decapadas y juntas de tubo a placa de tubos soldadas (no laminadas) para eliminar grietas en las conexiones de tubo a placa de tubos y ayudar a prolongar la vida útil.