Oksitleyici Kirlilik Etkisi
Endüstriyel hizmetlerde kullanılan sülfürik asit nadiren saftır. Yukarı yöndeki ekipmanın korozyonundan, proses kimyasının kendisinden veya ham maddelerden kaynaklanan çözünmüş metal iyonları içerir. Ferrik demir (Fe³⁺) ve bakır bakır (Cu²⁺) en yaygın metalik safsızlıklardır. Asitteki konsantrasyonları prosese bağlı olarak 10 ppm'den birkaç bin ppm'ye kadar değişir.
Bu çözünmüş metaller eylemsiz seyirciler değildir. Elektrokimyasal olarak aktiftirler. Ferrik ve bakır iyonları oksitleyicilerdir-elektronları kabul edebilirler ve demir (Fe²⁺) ve bakır (Cu⁺) hallerine indirgenebilirler. Bu oksitleyici güç, asitteki metallerin korozyon davranışını etkiler.
Zirkonyum 702, sülfürik asitte korozyon direnci için stabil bir ZrO₂ pasif filme dayanır. Oksitleyici safsızlıklar, konsantrasyona ve sıcaklığa bağlı olarak bu filmin stabilitesini-bazen faydalı, bazen de yıkıcı bir şekilde etkiler.
PTFE'nin pasif filmi yoktur. Korozyon direnci ortamın oksitleyici veya indirgeyici karakterinden bağımsızdır. Asitteki metalik yabancı maddelerin varlığı veya yokluğu, PTFE'nin kimyasal inertliği üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Bu ortamda zirkonyum ve PTFE arasındaki karşılaştırma, korozyon direnci safsızlık kimyasına bağlı olan bir malzeme ile buna kayıtsız olan bir malzeme arasındadır.
Oksitleyici Safsızlıkların Zirkonyum Üzerindeki İkili Etkisi
Sülfürik asitteki oksitleyici metal iyonları, zirkonyumun korozyonunu konsantrasyonlarına bağlı olarak iki zıt yoldan etkiler.
Düşük konsantrasyonlarda (10-100 ppm), ferrik ve bakır iyonları faydalıdır. Zirkonyumun korozyon potansiyelini pasif alana yükselterek ZrO₂ filmini güçlendirirler. Az miktarda demir iyonu içeren sülfürik asitteki zirkonyum, saf asitteki zirkonyuma göre korozyona-daha dayanıklıdır. Bu faydalı etki iyi bilinmektedir ve bazen bilinçli olarak kullanılmaktadır; zirkonyum ekipmanını korumak için sülfürik asite ferrik sülfat eklenmesi.
Yüksek konsantrasyonlarda (sıcaklığa ve asit konsantrasyonuna bağlı olarak yaklaşık 500-1.000 ppm'nin üzerinde), aynı oksitleyici iyonlar zararlı hale gelir. Yüksek korozyon potansiyeli, zirkonyumu, ZrO₂ filminin kararsız hale geldiği ve çözündüğü transpasif bölgeye yönlendirir. Sonuç olarak hızlandırılmış, genellikle lokalize korozyon ortaya çıkar. Bu geçiş için eşik konsantrasyonu sıcaklığa bağlıdır; daha yüksek sıcaklıklarda eşik daha düşüktür.
| Korozyon Parametresi | Zirkonyum 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Korozyona karşı koruma mekanizması | ZrO₂ pasif film | Doğal C-F bağı kararlılığı |
| 10-100 ppm'de Fe³⁺'nin etkisi | Faydalı (pasif filmi güçlendirir) | Etki yok |
| 500-5.000 ppm'de Fe³⁺'nin etkisi | Zararlı (transpasif çözünme) | Etki yok |
| Cu²⁺'nin Etkisi | Fe³⁺'ye benzer; eşik değişir | Etki yok |
| Safsızlık konsantrasyonu izleme gereksinimi | Kritik (pasif aralıkta kalmalıdır) | Hiçbiri |
| Safsızlık gezisinin sonucu | Hızlı lokalize korozyon | Sonuç yok |
Kirlilik Gezintisi Senaryosu
Kimyasal süreçlerde safsızlık gezileri yaşanır. Korozyona uğrayan bir pompa pervanesi akış yukarısında bir parça demir açığa çıkar. Hammadde kalitesindeki bir değişiklik bakırın yükselmesine neden olur. Normal kirlilik aralığı için tasarlanan ısı eşanjörü, bu aralığın çok dışındaki konsantrasyonlara maruz kalır.
"Güvenli" düşük{0}}kirlilik rejiminde çalışan zirkonyum, ferrik demirin çıkışıyla geçişli korozyona itilebilir. Korozyon hasarı gezi sırasında meydana gelir ve yerel saldırı başlatılmışsa kirlilik seviyeleri normale döndükten sonra da devam edebilir. Sapma fark edilmeden kalabilir-asit renginde görünür bir değişiklik yoktur ve korozyon izleme genellikle sürekli olmaktan ziyade periyodiktir.
PTFE, herhangi bir yabancı madde konsantrasyonundaki sapmadan etkilenmez. Malzemenin korozyon hızı, yabancı madde kimyasından bağımsız olarak sıfır kalır. Bu kayıtsızlık, safsızlık seviyelerinin değişken olduğu, kötü izlendiği veya ara sıra sapmalara maruz kaldığı süreçlerde değerli olan bir güvenlik marjı sağlar.
İzleme ve Kontrol Yükü
Sülfürik asitteki zirkonyumun güvenli aralıkta kalmasını sağlamak için oksitleyici safsızlık konsantrasyonunun izlenmesi gerekir. Bu izleme laboratuvar kaynaklarını tüketir ve yönetilmesi gereken bir süreç kontrol noktası oluşturur. Safsızlık konsantrasyonu geçiş eşiğe doğru eğilim gösterirse, düzeltici eylemin-seyreltme, kimyasal ayarlama veya süreç değişikliği-yapılması gerekir.
PTFE bu izleme ve kontrol yükünü ortadan kaldırır. Korozyon kontrolü amacıyla herhangi bir safsızlık analizi gerekli değildir. Isı eşanjörü sıfırdan doygunluğa kadar her türlü yabancı madde konsantrasyonunda güvenli bir şekilde çalışır. Safsızlık yönetimine ayrılmış laboratuvar ve proses mühendisliği kaynakları yeniden yönlendirilebilir.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri, sülfürik asitteki oksitleyici metalik yabancı maddelere karşı kayıtsız kalırken, zirkonyum 702, yabancı madde konsantrasyonu bir eşiğin üzerine çıktıkça pasif korumadan hızlandırılmış transpasif korozyona geçiş yapar. PTFE, safsızlık izleme ve kontrolü ihtiyacını ortadan kaldırır ve zirkonyum ekipmanına zarar verebilecek yabancı madde sapmalarına karşı bağışıklık sağlar. Sülfürik asit saflığının değişken olduğu veya yeterince kontrol edilemediği proseslerde PTFE, daha düşük-riskli malzeme seçimidir.
Saf olmayan sülfürik asit hizmetinde malzeme seçimi için mühendislik desteği, asit konsantrasyonu, safsızlık türleri ve konsantrasyon aralıkları, çalışma sıcaklığı ve mevcut korozyon izleme verilerinin sunulması üzerine sağlanır.
