Comment la température du bulbe humide de l'air ambiant affecte-t-elle le taux de corrosion de la section non immergée (phase vapeur) d'un radiateur en titane ?

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 degrés, humidité élevée), l'humidité se condensera sur la surface plus froide du titane (si la température de la surface est inférieure au point de rosée). Cette couche de condensation contient des gaz dissous (oxygène, dioxyde de carbone, chlorures) et peut être corrosive. Si la température de l'ampoule humide-est basse (par exemple <15 degrés, air sec), la surface du titane reste sèche et passive et la corrosion est insignifiante. Par exemple, un radiateur en titane dans un bain chaud (80 degrés) d'eau acidifiée à une température ambiante humide -de bulbe de 28 degrés peut subir une corrosion par piqûre à des taux de 0,05-0,2 mm/an dans la section non immergée, alors que le radiateur identique dans un climat sec (bulbe humide de 10 degrés) ne présente aucune corrosion significative.

Mécanisme de corrosion en phase vapeur du titane
La partie non immergée d'un réchauffeur en titane est exposée à la vapeur du liquide de procédé et à l'air ambiant. La vapeur est constituée d'espèces volatiles (HCl, brouillard de H2SO4, acides organiques ou vapeur d'eau). Si la température ambiante humide-du bulbe est élevée et que la température de la surface est inférieure au point de rosée du mélange vapeur-air, l'humidité se condensera sur la surface du titane. Le condensat liquéfié produit une fine couche d'électrolyte (généralement 1-100 µm d'épaisseur) qui absorbe les gaz corrosifs (CO₂, SO₂, Cl₂) de l'air et les acides volatils de la vapeur. Le film est très hostile du fait de son rapport surface/volume important et du fait qu'il concentre les espèces corrosives lors de son évaporation. Dans ces conditions, il est possible de rompre le film passif de titane et d’initier une corrosion par piqûres ou fissures à l’interface vapeur-liquide.

Quantification du taux de corrosion en phase vapeur par rapport à la température du bulbe humide-
Ambiante humide-Température de l'ampoule (degrés) Humidité relative (%) Condensation sur la surface du Ti (à une température de surface de 40 degrés)Taux de corrosion en phase vapeur (mm/an)Espèces dominantes Niveau de risque < 10 < 30 Aucun (sec) < 0,005 Aucun NégligeableOccasionnel (intermittent) 0,005-0,01 Brouillard d'acide diluéFaible 15-20 50-70 Fréquent (film mince) 0,01-0,05 Brouillard acide + chlorures20-25 70-85 Continu (film mince) 0,05-0,15 Acide concentré + chlorures Élevé 25-30 85-95 Continu (film plus épais) 0,15-0,30 Espèces très concentrées Sévère > 30 > 95 Inondation (goutte à goutte) 0,10-0,20 (lavé) Dilution par goutte à goutte Modérée (lavé)
Un guide basé sur des scénarios pour le contrôle de la corrosion en phase vapeur
Composition de la vapeur Processus liquideAmbiance humide-Température de l'ampoule (degrés) Risque de corrosion dans la partie non immergéeAtténuation recommandée
Eau chaude, neutreVapeur d'eau uniquement Tout Faible Aucune action nécessaire
Diluer HCl (5 %) Brouillard HCl + vapeur d'eau 15 Faible Le titane se vaporise (aucun effet)
Brouillard HCl + vapeur d'eau HCl dilué (5%) 25 Modéré Section phase vapeur recouverte de PTFE
HCl concentré (20%) Vapeur d'HCl + vapeur d'eau 25 Réservoir étanche High Use avec extraction de vapeur
Saumure chaude (20% NaCl) Vapeur d'eau + brouillard salin 28 Élevé (piqûres) Section de la phase vapeur d'électropolissage. Ajoutez de l'eau pulvérisée pour éviter l'accumulation de sel.
50 % d'acide sulfuriqueBrouillard H₂SO₄ + vapeur d'eau 25 Modéré à élevé Allonger la partie chauffée pour maintenir la surface au-dessus du point de rosée
Acide chromique (bain de placage) Vapeur d'acide chromique 20 Faible (inhibition des chromates) Aucune action requise (passivation des chromates)
Solvant organique (pas d'eau) Vapeur de solvant Tout Très faible Pas de condensation d'eau. La surface est sèche.
Approches techniques pour réduire la corrosion en phase vapeur
Lorsque la corrosion en phase vapeur se produit sur la partie non immergée d'un radiateur en titane en raison de températures élevées de l'ampoule humide (> 20 degrés), quatre mesures d'atténuation sont efficaces. La première mesure d’atténuation consiste à élever la partie chauffée au-dessus du niveau du liquide. La température de la surface du titane doit être maintenue au-dessus du point de rosée (par exemple > 45 degrés pour un bulbe humide à 25 degrés) pour éviter la condensation. Cela nécessite que le radiateur soit construit de manière à ce que l'élément chauffant s'étende dans la région de la phase vapeur, gardant la gaine en titane chauffée. La deuxième mesure d'atténuation est un revêtement en PTFE ou en fluoropolymère sur la zone au-dessus de l'eau. Le revêtement empêche l'électrolyte condensé d'attaquer la surface du titane. La dernière mesure d'atténuation consiste à installer un dispositif d'extraction des vapeurs (hotte aspirante) pour éliminer les vapeurs corrosives et minimiser l'humidité au-dessus du réservoir. La condensation est évitée si la température du bulbe humide-est réduite en dessous de 15 degrés. La quatrième mesure d'atténuation consiste à utiliser un pulvérisateur d'eau ou un dévésiculeur pour nettoyer en continu la partie non immergée afin d'éviter la concentration d'espèces corrosives.

Conclusion: Vapor phase corrosion up to 0.3 mm/year is due to high wet-bulb temperature (>25 degrés)
La température du bulbe humide-de l'air ambiant a un impact direct sur le taux de corrosion de la partie non immergée (phase vapeur) d'un radiateur en titane. Si la température de l'ampoule humide-est inférieure à 15 degrés (conditions sèches), la surface en titane restera sèche et non-corrosive. Lorsque la température de l'ampoule humide-est supérieure à 25 degrés (conditions humides), l'humidité se condense sur la surface plus froide du titane et forme un mince film d'électrolyte, qui absorbe les gaz corrosifs et concentre les espèces par évaporation. Dans des environnements difficiles (par exemple HCl chaud ou saumure avec une humidité ambiante élevée), les taux de corrosion en phase vapeur peuvent atteindre 0,15-0,30 mm/an, entraînant des piqûres et des perforations de la partie non immergée en 2-5 ans. Les mesures d'atténuation comprennent le chauffage de la pièce au-dessus du point de rosée qui n'est pas immergée, l'application de revêtements PTFE ou la mise en œuvre d'une extraction de vapeur pour minimiser la température du bulbe humide. Pour toute application avec des vapeurs corrosives et une humidité ambiante élevée, la spécification d'un réchauffeur en titane nécessitera que le fournisseur fournisse la plage de température projetée du bulbe humide afin que la partie non immergée puisse être conçue de manière appropriée (chauffage prolongé, revêtement ou amélioration du matériau).