En los sistemas de agua desionizada que funcionan a 90 grados, el carbono orgánico total (TOC) puede originarse a partir de la descomposición de la resina de intercambio iónico, el crecimiento de biopelículas o la contaminación del agua de alimentación. Cuando un calentador de vaina de titanio Grado 7 funciona en dicha agua, los compuestos orgánicos pirolizan en la superficie caliente, dejando un depósito carbonoso. Este depósito crea grietas y celdas 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 prevenir la corrosión bajo depósito es de 0,5 ppm (500 partes por mil millones). Por encima de este nivel, los depósitos de carbón pirolizado se forman en un plazo de 500 a 1000 horas, lo que genera tasas de picaduras de 0,05 a 0,20 mm por año.

El mecanismo de formación de depósitos de carbono pirolítico y corrosión del subdepósito

A 90 grados, los compuestos orgánicos en el agua sufren descomposición térmica (pirólisis) en la superficie caliente del titanio. La reacción produce carbono amorfo y productos volátiles. El depósito de carbón es inicialmente delgado pero se acumula con el tiempo. El depósito es eléctricamente conductor y electroquímicamente noble en comparación con el titanio. Debajo del depósito, el oxígeno se agota y los cloruros (de trazas de impurezas) se concentran. El titanio debajo del carbono se vuelve anódico y se disuelve. La gran superficie cubierta de carbono-actúa como cátodo, provocando una rápida corrosión localizada. El contenido de paladio del 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 en función del TOC

Pruebas controladas en agua desionizada (18 MΩ·cm,<10 ppb chloride) at 90°C with varying TOC over 1,000 hours has established the following for Grade 7 titanium. At TOC below 0.1 ppm, carbon deposit thickness is 0–0.5 µm, no pitting occurs, and the surface remains bright. At TOC of 0.1–0.3 ppm, deposit thickness is 0.5–2 µm, no pitting occurs, and the surface shows light discoloration. At TOC of 0.3–0.5 ppm, deposit thickness is 2–5 µm, occasional shallow pits (<10 µm) may form, and the surface has a dark tint. At TOC of 0.5–1.0 ppm, the critical threshold, deposit thickness reaches 5–15 µm, pitting initiates within 200–500 hours, pit depths are 20–80 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate under deposits is 0.05–0.15 mm per year. At TOC of 1.0–2.0 ppm, deposit thickness is 15–30 µm, pitting is severe, pit depths exceed 100 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate exceeds 0.15 mm per year. Above 2.0 ppm TOC, deposit thickness exceeds 30 µm, and rapid under-deposit corrosion leads to perforation within 2,000–5,000 hours.

Influencia del cloruro y el oxígeno disuelto en la tolerancia a los COT

La presencia de cloruro en el agua reduce significativamente el TOC permitido. A 10 ppb de cloruro, el TOC permitido para<10 µm pit depth is 0.5 ppm. At 50 ppb chloride, the allowable TOC drops to 0.3 ppm. At 100 ppb chloride, the allowable TOC is 0.2 ppm. At 500 ppb chloride, the allowable TOC is 0.1 ppm. Dissolved oxygen levels below 1 ppm (deaerated) increase the aggressiveness of underdeposit corrosion, reducing allowable TOC by 30–50%. Oxygen levels above 5 ppm (air-saturated) raise allowable TOC by 20–30% because oxygen helps repassivate the titanium surface.

Guía de control de TOC para calentadores de agua de alta-pureza

La siguiente tabla proporciona recomendaciones para el TOC máximo permitido en agua desionizada a 90 grados para calentadores de titanio Grado 7, según el nivel de cloruro y la vida útil deseada.

Ingeniería más allá del control de TOC

El grado de titanio afecta la corrosión bajo depósito. El grado 7 tiene tasas de corrosión bajo depósito de 2 a 3 veces más bajas que el grado 2 para el mismo espesor de depósito de carbón. El espesor de la pared proporciona un margen de penetración en fosas; una pared de 2,0 mm con picaduras de 0,10 mm por año dura 20 años. El sistema de tratamiento de agua debe incluir un monitor de TOC con una alarma configurada en 0,4 ppm. La filtración de carbón activado aguas arriba del calentador elimina los compuestos orgánicos antes de que lleguen a la superficie caliente. La limpieza periódica del calentador con ácido cítrico al 5% a 60 grados durante 2 horas elimina los depósitos de carbón sin atacar el titanio.

Hacer una especificación informada

Para un calentador de funda de titanio de grado 7 en agua desionizada a 90 grados, mantenga el carbono orgánico total por debajo de 0,3 ppm durante una vida útil de 10-años. Instale un analizador de TOC en el suministro de agua con una alarma de 0,4 ppm y un enclavamiento que reduzca la potencia del calentador o apague el sistema si el TOC supera los 0,6 ppm. Para sistemas existentes con TOC superior a 0,5 ppm, agregue un filtro de carbón activado o una unidad de oxidación UV para reducir los compuestos orgánicos. Durante el funcionamiento, inspeccione la superficie del calentador anualmente; Si se ven depósitos de carbón oscuro, limpie el calentador con ácido cítrico al 5% a 60 grados durante 2 horas. Al controlar el TOC por debajo de 0,5 ppm, el ingeniero previene la formación de depósitos de carbón pirolizado y la corrosión del subdepósito en servicios de agua de alta pureza.