¿Cuál es el carbono orgánico total (TOC) máximo permitido en agua desionizada a 90 grados que un calentador de vaina de titanio de grado 7 puede tolerar sin sufrir corrosión por debajo del depósito debido al carbono pirolizado?

El carbono orgánico total (TOC) en los sistemas de agua desionizada puede atribuirse a la descomposición de las resinas de intercambio iónico, el crecimiento de biopelículas o la contaminación del agua de alimentación, particularmente a 90 grados. En dicha agua, los compuestos orgánicos pirolizan en la superficie calentada de un calentador de funda de titanio de grado 7, dejando un depósito carbonoso. Este depósito forma fisuras y células galvánicas debajo del depósito. La capa de carbono es conductora y catódica para el titanio, lo que provoca la disolución anódica del titanio que se encuentra debajo. El TOC máximo permitido para evitar la corrosión bajo depósito es de 0,5 ppm (500 ppb). Por encima de este umbral, el depósito de carbón pirolizado se forma en 500-1000 horas, dando tasas de picaduras de 0,05-0,20 mm/año.

Mecanismo de corrosión del subdepósito y formación de depósitos de carbono pirolítico

Las moléculas orgánicas en el agua sufren degradación térmica (pirólisis) en la superficie de titanio calentada a 90 grados. La reacción conduce a la formación de carbono amorfo y productos volátiles. El depósito de carbón es inicialmente delgado, pero crece con el tiempo. El depósito es electroquímicamente noble con respecto al titanio y es eléctricamente conductor. En el depósito se consume oxígeno y se concentra el cloruro (de trazas de impurezas). Anódico y disuelve el titanio bajo el carbono. La extensa superficie de carbono es catódica y se produce una rápida corrosión localizada. El paladio en titanio de grado 7 no previene la deposición de carbono, pero puede reducir las tasas de corrosión debajo del depósito una vez que se forma el depósito.

Formación cuantitativa de depósitos de carbono y picaduras versus carbono orgánico total

Se ha demostrado que el titanio de grado 7 funciona de la siguiente manera cuando se prueba en agua desionizada controlada (18 MΩ·cm,<10 ppb chloride) at 90°C with varying TOC over 1,000 hours. At TOC <0.1 ppm, thickness of carbon deposit is 0~0.5 µm, no pitting occurs, and the surface is shining. At TOC levels of 0.1 to 0.3 ppm, deposit thickness is 0.5 to 2 µm, no pitting, and the surface is slightly discolored. At TOC of 0.3–0.5 ppm, deposit thickness 2–5 µm, occasional shallow pits (<10 µm) may be formed, surface has dark tint. Critical level at TOC of 0.5-1.0 ppm Thickness of deposits 5-15 µm Pitting initiation 200-500 hrs Pit depths after 1,000 hrs 20-80 µm Corrosion rate beneath deposits 0.05-0.15 mm per year At TOC levels of 1.0-2.0 ppm, the thickness of the deposit is 15-30 µm, pitting is severe, the pit depths surpass 100 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate exceeds 0.15 mm per year. Deposit thickness >30 µm y la rápida corrosión debajo del depósito conducen a la perforación en 2000 a 5000 horas a 2,0 ppm de TOC.

Efecto del cloruro y el oxígeno disuelto sobre la eficiencia de eliminación de TOC.

La presencia de cloruro en el agua disminuye considerablemente el TOC permitido. El TOC permitido es de 0,5 ppm a 10 ppb de cloruro para la profundidad del pozo.<10 µm. Allowable TOC is reduced to 0.3 ppm at 50 ppb chloride. At 100 ppb chloride the maximum permitted TOC is 0.2 parts per million. At 500 ppb chloride the TOC allowed is 0.1 ppm. Underdeposit corrosion becomes more aggressive at dissolved oxygen levels below 1 ppm (deaerated) and this reduces the permissible TOC by 30–50 %. Oxygen > 5 ppm (air-saturated) results in 20–30% increase in allowable TOC due to oxygen aiding in the repassivation of the titanium surface.

Calentador de agua manual de alta pureza con control TOC

La siguiente tabla resume las recomendaciones para el TOC máximo permitido para agua desionizada a 90 grados para calentadores de titanio Grado 7, según el nivel de cloruro y la vida útil requerida del calentador.

Concentración de cloruro (ppb) Vida útil deseada (años) TOC máximo permitido (ppm) Profundidad esperada de la fosa<10 5 0.8 20–50 >10 0.5 20–50 10–50 >10 0.3 <20 10–50 5 0.5 20–50 50–100 >5 0.2 20–50 >100 >3 0.1 50–100 Después de 5000 horas (μm)
Ingeniería más allá del control de TOC

El grado de titanio influye en la corrosión bajo depósito. Las tasas de corrosión debajo del depósito de Grado 7 son entre 2 y 3 veces más bajas que las del Grado 2 bajo el mismo espesor de depósito de carbón. El espesor de la pared es un margen para la penetración del pozo. Una pared de 2,0 mm con 0,10 mm por año de picaduras sobrevivirá 20 años. El sistema de tratamiento de agua debe tener un monitor de TOC con alerta configurada en 0,4 ppm. La filtración de carbón activado aguas arriba del calentador elimina los compuestos orgánicos antes de que entren en contacto con la superficie calentada. La limpieza periódica del calentador con ácido cítrico al 5 % a 60 grados durante 2 h elimina los depósitos de carbón sin atacar el titanio.

Especificación informada

Para un calentador de funda de titanio Grado 7 en agua desionizada a 90 grados, limite el carbono orgánico total a < 0,3 ppm para una vida útil de 10 años. Instale un analizador de TOC en el suministro de agua con una alarma configurada en 0,4 ppm y enclavamiento para limitar la potencia del calentador o apagar el sistema si el TOC supera los 0,6 ppm. Para sistemas existentes con TOC > 0,5 ppm, instale un filtro de carbón activado o una unidad de oxidación UV para reducir los compuestos orgánicos. Inspeccione la superficie del calentador anualmente durante el funcionamiento. Si aparecen depósitos de carbón oscuro, limpie el calentador con ácido cítrico al 5% a 60 grados durante 2 horas. El ingeniero controla el TOC a menos de 0,5 ppm para evitar la formación de depósitos de carbón pirolizado y la corrosión del subdepósito en servicios de agua de alta-pureza.