Hidroklorik Asit Mücadelesi
%5'in üzerindeki konsantrasyonlarda ve 60 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda hidroklorik asit, metalik malzemeler için en agresif endüstriyel ortamlardan biridir. Küçük ve son derece hareketli olan klorür iyonu pasif filmlere nüfuz eder, çukurlaşmayı başlatır ve otokatalitik çatlak korozyonunu sürdürür. Standart paslanmaz çelikler ve titanyum hızla saldırıya uğrar.
Titanyum-paladyum alaşımı (Sınıf 7 veya Sınıf 11), titanyumun korozyon direncini azaltıcı asit ortamlarına kadar genişletmek için özel olarak geliştirilmiştir. Küçük paladyum ilavesi-%0,12-0,25-alaşımı katodik olarak değiştirerek korozyon potansiyelini pasif aralığa kaydırır. Alaşım, ticari olarak saf titanyum için imkansız olan HCl konsantrasyonlarını ve sıcaklıkları kaldırabilir.
PTFE'nin HCl'ye direnç göstermesi için alaşıma gerek yoktur. Karbon-flor bağları, herhangi bir konsantrasyonda ve 260 dereceye kadar herhangi bir sıcaklıkta klorür saldırısına karşı dayanıklıdır. HCl hizmeti için Ti-Pd alaşımı ve PTFE arasındaki seçim, her ikisinin de hayatta kalabilmesi için korozyon olasılığıyla ilgili değildir-. Bu, korozyon güvenilirliği, maliyet ve kaçınılmaz arıza modu farklılıklarının sonuçları ile ilgilidir.
Ti-Pd Pasif Film Sınırlaması
Titanyum-paladyum alaşımı, stabilize edilmiş bir pasif TiO₂ filmi aracılığıyla HCl'ye direnç gösterir. İnce bir şekilde dağılmış ikinci faz olarak mevcut olan paladyum, alaşımın açık-devre potansiyelini pasif alana kaydıran katodik bölgeler sağlar. Mekanizma termodinamik değil, elektrokimyasaldır. Pasif film sürekli olarak muhafaza edilmelidir.
Sıcak HCl'de pasif film asitle dinamik dengededir. Yavaş yavaş çözülür ve sürekli olarak yeniden oluşur. Alaşım, 80 derecede %10 HCl'de çok düşük ancak ölçülebilir bir oranda-tipik olarak 0,01-0,05 mm/yıl oranında paslanır. 10 yıllık hizmet ömrü boyunca bu tekdüze korozyon, 0,1-0,5 mm duvar kalınlığını tüketir.
Düzgün korozyon hızı, korozyon payı ile yönetilebilir. Daha büyük risk lokal arızadır. Çelik bir aletin demir parçacığı yüzeye gömülürse aktif bir galvanik hücre oluşturur. Conta veya birikinti altında bir çatlak oluşursa tıkanmış kimya daha agresif hale gelir. Paladyum dağılımı-üniform değilse-bir üretim hatası-yerel korunmayan bölgeler hızla paslanır. Bu lokalize başarısızlık mekanizmaları deterministik değil, olasılıksaldır. Aynı hizmetteki iki özdeş Ti-Pd değiştiricinin hizmet ömürleri farklı olabilir.
Tablo 1: Sıcak HCl Hizmetinde PTFE ve Titanyum-Paladyum (%10 HCl, 80 derece)
| Karşılaştırma Parametresi | Titanyum-Paladyum (Sınıf 7) | PTFE |
|---|---|---|
| Korozyon mekanizması | Pd ile pasif film stabilizasyonu | Doğal karbon-flor bağı stabilitesi |
| Düzgün korozyon hızı (mm/yıl) | 0.01-0.05 | 0 |
| Lokal korozyon riski | Çatlak korozyonu mümkündür; Fe kirliliği hassasiyeti | Hiçbiri |
| HCl cinsinden maksimum servis sıcaklığı | ~100 derece (konsantrasyona bağlı) | 260 derece |
| HCl konsantrasyonu limiti | 80 derecede %15-20 | Herhangi bir konsantrasyon |
| Isı iletkenliği (W/m·K) | 21 | 0.25 |
| Göreceli yüzey alanı gerekli | 1.0× | 3-4× (daha büyük kaplama alanı) |
| Malzeme maliyeti (göreceli) | 15-25× | 1× |
| Üretim karmaşıklığı | Yüksek (özel kaynak; Pd homojenlik doğrulaması) | Ilıman |
| Arıza öngörülebilirliği | Olasılıksal (yerelleştirilmiş döküm) | Deterministik (sürünme ömrü hesaplanabilir) |
| Hizmet ömrü öngörülebilirliği | 5-10 yıl belirsizlikle | Tasarıma dayalı hesaplamayla 15+ yıl- |
Arıza Modu Kontrastı
Bir Ti-Pd ısı eşanjörü HCl hizmetinde arızalandığında, arıza genellikle lokal çukurlaşma veya çatlak korozyonundan kaynaklanan iğne deliği sızıntısıdır. Sızıntı, önemli bir genel incelme olmadan, duvarın-içine uzanan ani bir çukur-olabilir. Proses sıvısı buhar-yoğuşma sistemine girer. Üretim durur. Değiştirici değiştirilmelidir.
Bir PTFE ısı eşanjörü,-genellikle 10-15 yıl veya daha uzun bir süre sonra kullanım ömrünün sonuna ulaştığında, arıza modu kademeli olur: planlı inceleme sırasında ultrasonik ölçümle tespit edilen, sürünmeden kaynaklanan duvar incelmesi. Tüp sızıntı yapmadan değiştirilir. Planlanmamış kesinti yaşanmaz.
Tahmin edilebilirlik farkının ekonomik değeri vardır. Planlı bakım sırasında planlı değiştirme, üretim sırasındaki acil değiştirme maliyetinin çok altındadır. Planlanmamış aksama süresinin saat başına 5.000-10.000 ABD dolarına mal olduğu süreçler için, PTFE arızasının öngörülebilirliği önemli bir mali avantajdır.
Hizmet Ömrü Boyunca Maliyet Karşılaştırması
Ti-Pd alaşımlı ısı eşanjörünün malzeme maliyeti kilogram başına PTFE'den 15-25 kat daha yüksektir, ancak daha yüksek termal iletkenlik nedeniyle daha az yüzey alanı gerektirir. Ti-Pd'nin ilk ekipman maliyeti genellikle aynı ısıl görev için PTFE'den 4-8 kat daha yüksektir.
15-yıllık hizmet ömrü boyunca, Ti-Pd eşanjörünün lokal korozyon nedeniyle bir veya iki plansız değiştirilmesi gerekebilir ve bunların her biri kesinti ve kurulum maliyetlerine neden olur. PTFE eşanjörünün değiştirilmesi gerekmez, yalnızca planlı incelemeler gerekir.
İlk ekipman, kurulum, planlı bakım ve planlanmamış arızaların olasılık-ağırlıklı maliyeti de dahil olmak üzere toplam yaşam döngüsü maliyeti, PTFE'nin çalışma kapsamı içindeki çoğu HCl uygulamasında PTFE'ye 2-3 kat avantaj sağlar.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri sıcak HCl hizmetinde titanyum-paladyum alaşımına göre üstün güvenilirlik sunar çünkü PTFE'nin korozyon direnci termodinamik ve mutlaktır, Ti-Pd ise yerel olarak bozulabilen elektrokimyasal pasifleştirmeye dayanır. Ti-Pd'nin daha yüksek termal iletkenliğinin başlangıçtaki maliyet avantajı, PTFE'nin daha düşük malzeme maliyeti, daha uzun hizmet ömrü ve plansız arıza sürelerini ortadan kaldıran öngörülebilir arıza modu ile dengelenir.
PTFE'nin 260 derece sınırı dahilindeki HCl konsantrasyonları ve sıcaklıklar için PTFE, ekonomik ve operasyonel açıdan üstün bir çözüm sunar. Ti-Pd, PTFE'nin sıcaklık sınırını aşan veya metalin mekanik özelliklerini gerektiren uygulamalar için ayrılmıştır.
HCl servis malzemesi seçimine yönelik mühendislik analizi, asit konsantrasyonu, sıcaklık, basınç, ısı görevi ve mevcut ekipman servis ömrü verilerinin sunulması üzerine mevcuttur.
