En els fregadors humits d'incineradors de residus que manipulen vapors d'àcid clorhídric, quin aliatge de titani (Ti-0.15Pd vs Ti-0.3Mo-0.8Ni) ofereix una resistència superior a la corrosió de les esquerdes?

Els fregadors humits de la incineradora de residus es troben a la interfície entre els gasos de combustió d'alta -temperatura i els sistemes d'absorció de líquids corrosius. Els vapors d'àcid clorhídric de la crema de plàstics clorats i altres residus es condensen a un licor depurador de 5-15% HCl a 60-80oC. Els aliatges de titani es seleccionen sovint per a les parts internes dels fregadors, com ara capçals de polvorització, eliminadors de boira i tubs de reescalfament. El mode de fallada més comú és la corrosió per esquerdes a les unions de tub a fulla de tub, sota les juntes i sota els dipòsits sòlids. Hi ha dos aliatges de titani que són candidats a aquest servei, el grau 7 (Ti-0.15Pd) i el grau 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) i ofereixen diferents mètodes de resistència a la corrosió de les esquerdes. Aquest article avalua el rendiment dels aliatges en condicions de depuració d'àcid clorhídric i determina quin aliatge proporciona una millor protecció contra l'atac de les esquerdes.

Mecanisme de corrosió per escletxes en depuradors d'HCl
En una escletxa, normalment un espai de 0,1-0,5 mm entre un tub de titani i una junta de PTFE o entre un tub i una làmina de tubs enrotllats, la química és molt diferent del líquid de neteja a granel. Els processos catòdics esgoten ràpidament l'oxigen a l'escletxa. En absència d'oxigen, el titani es dissol anòdicament amb la formació d'ions Ti³⁺ i Ti⁴⁺ que s'hidrolitzen a HCl reduint constantment el pH de l'escletxa. En un fregador a granel amb HCl al 10%, el pH pot estar per sota de 0 a un pH d'aproximadament 0,5. La combinació d'un alt contingut de clorur, un pH baix i un transport de massa limitat dóna com a resultat un entorn autocatalític que condueix a una ràpida corrosió de les esquerdes un cop ha començat.

La resistència d'un aliatge a aquest atac es defineix per la temperatura crítica de l'escletxa (CCT) i el potencial de l'escletxa crítica (CCP). CCT és la temperatura màxima a la qual es pot submergir un conjunt d'esquerdes estandarditzats (ASTM G78) durant 72 hores sense un atac evident d'esquerdes. El CCP és el llindar més enllà del qual no es produeix cap escletxa a una temperatura i concentració de clorur particulars.

Grau 7: Passivació estabilitzada amb pal·ladi
El titani de grau 7 conté un 0,12-0,25% de pal·ladi, un metall noble que és un excel·lent lloc catòdic per a l'evolució d'hidrogen i la reducció d'oxigen. En l'entorn d'escletxes-famates d'oxigen, el pal·ladi catalitza la reducció d'ions d'hidrogen (2H+ + 2e- → H2) a un sobrepotencial més baix que el propi titani. Aquesta reacció catòdica ajusta el potencial de la escletxa en la direcció noble i, per tant, ajuda a mantenir la pel·lícula passiva fins i tot en condicions de baix pH i sense oxigen.

El grau 7 té un CCT en HCl al 10% a 70 °C d'uns 65 °C - és a dir, l'atac a les esquerdes no comença per sota dels 65 °C en condicions de prova estàndard. L'atac de les esquerdes és durant 100-200 hores a 75 graus. El grau 7 es troba al seu CCT o una mica per sota per a un fregador que funciona a 60-70 graus, proporcionant un marge de seguretat petit però funcional.

Grau 12: Mo-Ni Power-Up
El titani de grau 12 té un 0,2-0,4% de molibdè i un 0,6-0,9% de níquel. A diferència del pal·ladi, que altera el procés catòdic, el molibdè s'enriqueix a la pel·lícula passiva com a espècies de molibdat (MoO₄²⁻) que impedeixen la penetració dels ions clorur i redueixen la velocitat de dissolució anòdica. El níquel augmenta l'estabilitat de la pel·lícula passiva en la reducció d'àcids i ajuda a la repassivació després d'un dany mecànic a la pel·lícula. Aquesta combinació dóna com a resultat una pel·lícula passiva més resistent i resistent a la ruptura fins i tot en químiques agressives per esquerdes.

El grau 12 té un CCT d'uns 80 graus en HCl al 10% a 70 graus, que és molt superior al grau 7. El grau 12 mostra un lleuger atac d'esquerda després de 500 hores a 85 graus. El rendiment millorat s'atribueix al fet que l'addició de molibdè-níquel condueix a un augment de l'estabilitat intrínseca de la pel·lícula passiva, en lloc de la catàlisi de metalls nobles, que es pot veure obstaculitzada quan l'evolució d'hidrogen és la reacció catòdica predominant.

Comparació del rendiment del fregador de la incineradora
Les dades dels fregadors de la incineradora de residus que funcionaven a 65-70 graus amb un 8-12% d'HCl van mostrar diferències clares entre els dos aliatges. Els tubs de grau 7 retirats després de 5 anys de servei mostren un atac d'esquerdes poc profundes (0,1-0,3 mm de profunditat) a les juntes del tub enrotllat i sota les juntes. Algunes de les instal·lacions de grau 7 han experimentat una perforació a través de l'escletxa als 7-8 anys. En les mateixes condicions, els tubs de grau 12 no mostren cap atac d'esquerda significatiu després de 5 anys i només un gravat superficial mínim (0,05 mm) després de 8-10 anys.

L'avantatge del grau 12 és particularment evident en fregadores que tenen problemes de temperatura. 75-80 graus d'exposició durant llargues durades provoca atacs a les esquerdes de grau 7 que poden créixer fins a 0,5 mm de profunditat en mesos. El grau 12 no es veu afectat relativament a aquestes temperatures.

Incinerador depurador d'aliatge de titani matriu d'aplicació
Condicions de funcionament del fregador Concentració de HCl (interval de temperatures d'aliatge recomanat Vida lliure de-escletxes anticipades
Funcionament consecutiu, temperatura estable 5-10% 55-65 graus Grau 7 5-7 anys
Treball continu, temperatura constant 10-15% 55-65 graus Grau 12 8-10 anys
Temperatura d'operació variable canvia a 75 graus 5 a 10 % 60 a 75 graus Grau 12 6 a 8 anys
Residus alts en clor, sovint excursions10-15% 65-80 graus Grau 12 (min) 5-7 anys
Qualsevol servei on hi hagi dipòsits sòlids pesats. Qualsevol dipòsit de grau 12 augmenta el risc d'esquerdes; prefereix el grau 12
Nova construcció, 10 anys de vida útil 5-15% 60-70 graus Grau 12 10+ anys
Conclusió sobre les especificacions del fregador de l'incinerador
A les fregadores humides d'incineradors de residus on s'espera que els vapors d'àcid clorhídric estiguin a 60-80 graus, el titani de grau 12 (Ti{-0,3Mo-0,8Ni) és preferible al grau 7 (Ti{-0,15Pd) des del punt de vista de la resistència a la corrosió de les esquerdes. La inhibició anòdica de l'addició de molibdè-níquel millora l'estabilitat de la pel·lícula passiva i dóna lloc a una temperatura crítica de l'escletxa aproximadament 15 graus superior a la del grau 7. El servei de neteja típic és a 65-70 graus amb HCl al 10%. El grau 12 donarà entre 8 i 10 anys de servei sense esquerdes, però el grau 7 començarà a mostrar atacs després de 5-7 anys. Grau 12: l'aliatge preferit per a noves instal·lacions o substitucions que requereixen una vida útil de 10 anys, però costa una mica més (un 15-20% més que el grau 7). El grau 7 encara és adequat per als netejadors de temperatura més baixa (55-65 graus) o si el cost de capital inicial és la principal limitació, però s'ha d'especificar el grau 12 quan la temperatura del fregador pot ser superior a 65 graus o quan el contingut de clorur superi el 10%. Quan compreu, demaneu tubs ASTM B338 de grau 12 amb superfícies decapades i juntes soldades (no enrotllades) de tub a full de tub per eliminar les esquerdes a les connexions de tub a full de tub i ajudar a allargar la vida útil.