Quelle est la quantité maximale autorisée de carbone organique total (COT) dans l'eau désionisée à 90 degrés qu'un réchauffeur à gaine en titane de grade 7 peut tolérer sans souffrir de corrosion sous-dépôt due au carbone pyrolysé ?

Le carbone organique total (COT) dans les systèmes d'eau déminéralisée peut être attribué à la dégradation des résines échangeuses d'ions, à la croissance de biofilms ou à la contamination de l'eau d'alimentation, en particulier à 90 degrés. Dans cette eau, les composés organiques pyrolysent sur la surface chauffée d'une gaine chauffante en titane de grade 7, laissant un dépôt carboné. Ce dépôt forme des fissures et des cellules galvaniques sous-dépôt. La couche de carbone est conductrice et cathodique pour le titane, provoquant une dissolution anodique du titane en dessous. Le COT maximum autorisé pour éviter la corrosion sous-dépôt est de 0,5 ppm (500 ppb). Au-dessus de ce seuil, un dépôt de carbone pyrolysé se forme en 500 à 1 000 heures, donnant des taux de piqûres de 0,05 à 0,20 mm/an.

Formation de dépôts de carbone pyrolytique et mécanisme de corrosion sous-dépôt

Les molécules organiques présentes dans l'eau subissent une dégradation thermique (pyrolyse) sur la surface du titane chauffée à 90 degrés. La réaction conduit à la formation de carbone amorphe et de produits volatils. Le dépôt de carbone est initialement mince, mais s’accroît avec le temps. Le dépôt est électrochimiquement noble pour le titane et est électriquement conducteur. Dans le gisement, l'oxygène est consommé, le chlorure (provenant des traces d'impuretés) est concentré. Anodique et dissout le titane sous le carbone. La vaste surface de carbone est cathodique et une corrosion localisée rapide se produit. Le palladium dans le titane de grade 7 n'empêche pas le dépôt de carbone mais peut réduire les taux de corrosion sous -dépôt une fois le dépôt formé.

Formation quantitative de dépôts de carbone et piqûres par rapport au carbone organique total

Il a été démontré que le titane de grade 7 présente les performances suivantes lorsqu'il est testé dans de l'eau désionisée contrôlée- (18 MΩ·cm,<10 ppb chloride) at 90°C with varying TOC over 1,000 hours. At TOC <0.1 ppm, thickness of carbon deposit is 0~0.5 µm, no pitting occurs, and the surface is shining. At TOC levels of 0.1 to 0.3 ppm, deposit thickness is 0.5 to 2 µm, no pitting, and the surface is slightly discolored. At TOC of 0.3–0.5 ppm, deposit thickness 2–5 µm, occasional shallow pits (<10 µm) may be formed, surface has dark tint. Critical level at TOC of 0.5-1.0 ppm Thickness of deposits 5-15 µm Pitting initiation 200-500 hrs Pit depths after 1,000 hrs 20-80 µm Corrosion rate beneath deposits 0.05-0.15 mm per year At TOC levels of 1.0-2.0 ppm, the thickness of the deposit is 15-30 µm, pitting is severe, the pit depths surpass 100 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate exceeds 0.15 mm per year. Deposit thickness >30 µm et une corrosion rapide sous-dépôt conduisent à une perforation en 2 000 à 5 000 heures à 2,0 ppm de COT.

Effet du chlorure et de l'oxygène dissous sur l'efficacité de l'élimination du COT.

La présence de chlorure dans l’eau diminue considérablement le COT admissible. Le COT autorisé est de 0,5 ppm à 10 ppb de chlorure pour la profondeur de la fosse.<10 µm. Allowable TOC is reduced to 0.3 ppm at 50 ppb chloride. At 100 ppb chloride the maximum permitted TOC is 0.2 parts per million. At 500 ppb chloride the TOC allowed is 0.1 ppm. Underdeposit corrosion becomes more aggressive at dissolved oxygen levels below 1 ppm (deaerated) and this reduces the permissible TOC by 30–50 %. Oxygen > 5 ppm (air-saturated) results in 20–30% increase in allowable TOC due to oxygen aiding in the repassivation of the titanium surface.

Chauffe-eau manuel de haute pureté à contrôle TOC

Le tableau suivant résume les recommandations concernant le COT maximum autorisé pour l'eau déionisée à 90 degrés pour les radiateurs en titane de grade 7, en fonction du niveau de chlorure et de la durée de vie requise du radiateur.

Concentration de chlorure (ppb) Durée de vie souhaitée (années) COT maximum autorisé (ppm) Profondeur de fosse prévue<10 5 0.8 20–50 >10 0.5 20–50 10–50 >10 0.3 <20 10–50 5 0.5 20–50 50–100 >5 0.2 20–50 >100 >3 0.1 50–100 Après 5 000 heures (µm)
Ingénierie au-delà du contrôle du COT

La qualité du titane influence la corrosion sous-dépôt. Les taux de corrosion sous-dépôt du grade 7 sont 2 à 3 fois inférieurs à ceux du grade 2 sous la même épaisseur de dépôt de carbone. L'épaisseur de la paroi tient compte de la pénétration dans la fosse. Un mur de 2,0 mm avec 0,10 mm de piqûres par an survivra 20 ans. Le système de traitement de l'eau doit être équipé d'un moniteur de COT avec une alerte réglée à 0,4 ppm. La filtration au charbon actif en amont du radiateur élimine les composés organiques avant le contact avec la surface chauffée. Un nettoyage périodique du radiateur avec 5 % d'acide citrique à 60 degrés pendant 2 h élimine les dépôts de carbone sans attaquer le titane.

Spécification éclairée

Pour un réchauffeur à gaine en titane de grade 7 dans de l'eau déionisée à 90 degrés, limitez le carbone organique total à < 0,3 ppm pour une durée de vie de 10 ans. Installez un analyseur de COT sur l'alimentation en eau avec une alarme réglée à 0,4 ppm et un verrouillage pour limiter la puissance du chauffage ou arrêter le système si le COT dépasse 0,6 ppm. Pour les systèmes existants avec COT > 0,5 ppm, installez un filtre à charbon actif ou une unité d'oxydation UV pour réduire les matières organiques. Inspectez la surface du radiateur chaque année pendant son fonctionnement. Si des dépôts de carbone foncé sont apparents, nettoyez le radiateur avec de l'acide citrique à 5 % à 60 degrés pendant 2 heures. L'ingénieur contrôle le COT à moins de 0,5 ppm pour éviter la formation de dépôts de carbone pyrolysé et la corrosion sous-dépôt dans les services d'eau de haute pureté.