Bagaimana-Suhu Bola Basah di Udara Sekitar Mempengaruhi Laju Korosi pada Bagian Pemanas Titanium yang Tidak Terendam (Fase Uap)?

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 derajat, kelembaban tinggi), uap air akan mengembun pada permukaan titanium yang lebih dingin (jika suhu permukaan di bawah titik embun). Lapisan kondensasi ini mengandung gas terlarut (oksigen, karbon dioksida, klorida) dan dapat bersifat korosif. Jika suhu bola basah-rendah (misalnya <15 derajat, udara kering), permukaan titanium tetap kering dan pasif serta korosi tidak signifikan. Misalnya, pemanas titanium dalam bak air panas (80 derajat ) yang diasamkan pada suhu bola basah-sekitar 28 derajat dapat mengalami korosi lubang dengan laju 0,05-0,2 mm/tahun pada bagian yang tidak terendam, sedangkan pemanas serupa di iklim kering (bola basah 10 derajat ) tidak menunjukkan korosi yang signifikan.

Mekanisme Korosi Fase Uap Titanium
Bagian pemanas titanium yang tidak terendam terkena uap dari cairan proses dan udara sekitar. Uapnya terdiri dari spesies yang mudah menguap (HCl, kabut H2SO4, asam organik atau uap air). Jika suhu bola basah-lingkungan tinggi dan suhu permukaan lebih rendah dari titik embun campuran uap-udara, uap air akan mengembun di permukaan titanium. Kondensat cair menghasilkan lapisan elektrolit tipis (biasanya setebal 1-100 µm) yang menyerap gas korosif (CO₂, SO₂, Cl₂) dari udara dan asam volatil dari uap. Film ini sangat berbahaya karena rasio luas permukaan terhadap volumenya yang besar dan karena ia mengkonsentrasikan spesies korosif saat ia menguap. Dalam kondisi ini dimungkinkan untuk mengganggu lapisan pasif titanium dan memulai korosi lubang atau celah pada antarmuka uap-cair.

Kuantifikasi laju korosi fase uap vs-suhu bola basah
Basah Ambien-Suhu Bola (derajat ) Kelembapan Relatif (%) Kondensasi pada Permukaan Ti (pada Suhu Permukaan 40 derajat)Laju Korosi Fase Uap (mm/tahun)Spesies Dominan Tingkat risiko < 10 < 30 Tidak ada (kering) < 0,005 Tidak ada DiabaikanSesekali (intermiten) 0,005-0,01 Kabut asam encerRendah 15-20 50-70 Sering (lapisan tipis) 0,01-0,05 Kabut asam + klorida20-25 70-85 Kontinu (lapisan tipis) 0,05-0,15 Asam pekat + klorida Tinggi 25-30 85-95 Kontinu (lapisan lebih tebal) 0,15-0,30 Spesies dengan konsentrasi tinggi Parah > 30 > 95 Banjir (menetes) 0,10-0,20 (dicuci) Pengenceran dengan menetes Sedang (dicuci)
Panduan Berbasis Skenario untuk Pengendalian Korosi Fase Uap
Komposisi Uap Proses CairAmbien Basah-Suhu Bohlam (derajat ) Resiko Korosi pada Bagian Tidak TerendamMitigasi yang disarankan
Air panas, netralHanya uap air Serendah apa pun Tidak perlu tindakan apa pun
Encerkan HCl (5%) Kabut HCl + uap air 15 Titanium Rendah menguap (tidak berpengaruh)
Kabut HCl + uap air Encerkan HCl (5%) 25 Bagian fase uap sedang dilapisi dengan PTFE
HCl pekat (20%) Uap HCl + uap air 25 Tinggi Gunakan tangki tertutup dengan ekstraksi uap
Air garam panas (20% NaCl) Uap air + kabut garam 28 Tinggi (pitting) Bagian dari fase uap elektropolish. Tambahkan semprotan air untuk menghindari penumpukan garam.
50% Asam sulfatH₂SO₄ kabut + uap air 25 Sedang hingga tinggi Memperpanjang bagian yang dipanaskan agar permukaan tetap berada di atas titik embun
Asam kromat (mandi pelapisan) Uap asam kromat 20 Rendah (menghambat kromat)Tidak diperlukan tindakan (Kromat pasif)
Pelarut organik (tanpa air) Uap pelarut Apa pun Sangat rendah Tidak ada kondensasi air. Permukaannya kering.
Pendekatan Rekayasa untuk Mengurangi Korosi Fase Uap
Ketika korosi fase uap terjadi pada bagian pemanas titanium yang tidak terendam karena suhu bola basah-yang tinggi ( > 20 derajat ), ada empat mitigasi yang efektif. Mitigasi pertama adalah menaikkan bagian yang dipanaskan lebih tinggi di atas permukaan cairan. Suhu permukaan titanium harus dijaga di atas titik embun (misalnya > 45 derajat untuk bohlam 25 derajat basah-) ​​agar kondensasi dapat dihindari. Hal ini memerlukan pemanas yang dibuat sedemikian rupa sehingga elemen pemanas meluas ke wilayah fase uap, menjaga selubung titanium tetap panas. Mitigasi kedua adalah pelapisan PTFE atau fluoropolymer pada wilayah di atas perairan. Lapisan ini menghentikan elektrolit terkondensasi agar tidak menyerang permukaan titanium. Mitigasi terakhir adalah memasang alat ekstraksi uap (exhaust hood) untuk menghilangkan uap korosif dan meminimalkan kelembapan di atas tangki. Kondensasi dapat dihindari jika suhu bola basah diturunkan di bawah 15 derajat . Mitigasi keempat adalah penggunaan semprotan air atau penghilang kabut untuk terus membersihkan bagian yang tidak terendam untuk mencegah konsentrasi spesies korosif.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 derajat)
Suhu bola-basah di udara sekitar berdampak langsung pada laju korosi pada bagian pemanas titanium yang tidak terendam (fase uap). Jika suhu bola-basah di bawah 15 derajat (kondisi kering), permukaan titanium akan tetap kering dan tidak-korosif. Ketika suhu bola basah-lebih dari 25 derajat (kondisi lembab), uap air mengembun pada permukaan titanium yang lebih dingin dan membentuk lapisan tipis elektrolit, yang menyerap gas korosif dan memusatkan spesies melalui penguapan. Di lingkungan yang keras (misalnya HCl panas atau air garam dengan kelembapan lingkungan tinggi), laju korosi fase uap bisa mencapai 0,15-0,30 mm/tahun, yang menyebabkan lubang dan perforasi pada bagian yang tidak terendam dalam waktu 2-5 tahun. Mitigasinya termasuk memanaskan bagian di atas titik embun yang tidak terendam, menerapkan lapisan PTFE atau menerapkan ekstraksi uap untuk meminimalkan suhu bola basah. Untuk aplikasi apa pun dengan uap korosif dan kelembapan lingkungan yang tinggi, menentukan pemanas titanium akan mengharuskan pemasok untuk diberikan kisaran suhu bola basah yang diproyeksikan sehingga bagian yang tidak terendam dapat dirancang dengan tepat (pemanasan lebih lama, pelapisan, atau peningkatan material).