Den oxiderende urenhedseffekt
Svovlsyre i industriel service er sjældent ren. Det indeholder opløste metalioner fra korrosion af opstrømsudstyr, fra selve proceskemien eller fra råmaterialerne. Ferrijern (Fe³⁺) og cuprikobber (Cu²⁺) er de mest almindelige metalliske urenheder. Deres koncentration i syren varierer fra 10 ppm til flere tusinde ppm, afhængigt af processen.
Disse opløste metaller er ikke inerte tilskuere. De er elektrokemisk aktive. Jern- og kobber(II)ioner er oxidationsmidler -de kan acceptere elektroner og reduceres til jernholdig (Fe²⁺) og kobber(Cu⁺) tilstand. Denne oxiderende kraft påvirker korrosionsadfærden af metaller i syren.
Zirconium 702 er afhængig af en stabil ZrO₂ passiv film til korrosionsbestandighed i svovlsyre. De oxiderende urenheder påvirker stabiliteten af denne film-nogle gange gavnligt, nogle gange destruktivt, afhængigt af koncentration og temperatur.
PTFE har ingen passiv film. Dens korrosionsbestandighed er uafhængig af miljøets oxiderende eller reducerende karakter. Tilstedeværelsen eller fraværet af metalliske urenheder i syren har ingen effekt på PTFEs kemiske inerthed. Sammenligningen mellem zirconium og PTFE i dette miljø er mellem et materiale, hvis korrosionsbestandighed afhænger af urenhedskemien og et, der er ligeglad med det.
Den dobbelte effekt af oxiderende urenheder på zirconium
Oxiderende metalioner i svovlsyre påvirker zirconiums korrosion på to modsatrettede måder afhængigt af deres koncentration.
Ved lave koncentrationer (10-100 ppm) er jern- og kobber(II)ioner gavnlige. De hæver korrosionspotentialet af zirconium ind i det passive domæne, hvilket styrker ZrO₂-filmen. Zirconium i svovlsyre med et spor af ferri-ion er mere korrosionsbestandigt- end zirconium i ren syre. Denne gavnlige virkning er velkendt og er nogle gange bevidst brugt - tilsætning af ferrisulfat til svovlsyre for at beskytte zirconiumudstyr.
Ved høje koncentrationer (over ca. 500-1.000 ppm, afhængig af temperatur og syrekoncentration), bliver de samme oxiderende ioner skadelige. Det forhøjede korrosionspotentiale driver zirconiumet ind i det transpassive område, hvor ZrO₂-filmen bliver ustabil og opløses. Resultatet er accelereret, ofte lokaliseret korrosion. Tærskelkoncentrationen for denne overgang afhænger af temperaturen - ved højere temperaturer er tærsklen lavere.
| Korrosionsparameter | Zirkonium 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Korrosionsbeskyttelsesmekanisme | ZrO₂ passiv film | Iboende C-F-bindingsstabilitet |
| Virkning af Fe3+ ved 10-100 ppm | Fordelagtig (styrker passiv film) | Ingen effekt |
| Virkning af Fe3+ ved 500-5.000 ppm | Skadelig (transpassiv opløsning) | Ingen effekt |
| Effekt af Cu²⁺ | Svarende til Fe³⁺; tærskel varierer | Ingen effekt |
| Krav til overvågning af urenhedskoncentration | Kritisk (skal forblive i passiv rækkevidde) | Ingen |
| Konsekvens af urenhedsudflugt | Hurtig lokaliseret korrosion | Ingen konsekvens |
Urenhedsudflugtsscenariet
Kemiske processer oplever urenhedsudflugter. Et korroderende pumpehjul opstrøms frigiver en jernsnus. En ændring i råvarekvaliteten introducerer forhøjet kobber. Varmeveksleren, designet til det normale urenhedsområde, udsættes for koncentrationer langt uden for dette område.
Zirconium, der opererer i det "sikre" regime med lav-urenhed, kan skubbes ind i transpassiv korrosion af en jern-jernudsving. Korrosionsskaden opstår under ekskursionen og kan fortsætte, efter at urenhedsniveauet vender tilbage til det normale, hvis lokaliseret angreb er påbegyndt. Udflugten kan forblive uopdaget-der er ingen synlig ændring i syrefarven, og korrosionsovervågning er ofte periodisk snarere end kontinuerlig.
PTFE er upåvirket af udsvinget ved enhver urenhedskoncentration. Materialets korrosionshastighed forbliver nul uanset urenhedskemien. Denne ligegyldighed giver en sikkerhedsmargin, der er værdifuld i processer, hvor urenhedsniveauerne er variable, dårligt overvåget eller genstand for lejlighedsvise udflugter.
Overvågnings- og kontrolbyrden
Zirconium i svovlsyre kræver overvågning af koncentrationen af oxiderende urenheder for at sikre, at den forbliver inden for det sikre område. Denne overvågning bruger laboratorieressourcer og skaber et proceskontrolpunkt, der skal styres. Hvis urenhedskoncentrationen trender mod den transpassive tærskel, skal der træffes korrigerende handling-fortynding, kemisk justering eller procesmodifikation-.
PTFE eliminerer denne overvågnings- og kontrolbyrde. Der kræves ingen urenhedsanalyse til korrosionskontrolformål. Varmeveksleren fungerer sikkert ved enhver urenhedskoncentration fra nul til mætning. Laboratorie- og procestekniske ressourcer dedikeret til urenhedshåndtering kan omdirigeres.
Oversigt
PTFE varmevekslere er ligeglade med oxiderende metalliske urenheder i svovlsyre, mens zirconium 702 går fra passiv beskyttelse til accelereret transpassiv korrosion, når urenhedskoncentrationen stiger over en tærskel. PTFE eliminerer behovet for urenhedsovervågning og -kontrol og giver immunitet over for urenhedsudflugter, der kan beskadige zirkoniumudstyr. I processer, hvor svovlsyrerenheden er variabel eller dårligt kontrolleret, er PTFE det lavere-materialevalg.
Teknisk support til materialevalg i uren svovlsyreservice er tilgængelig ved indsendelse af syrekoncentration, urenhedstyper og koncentrationsområder, driftstemperatur og aktuelle korrosionsovervågningsdata.
