Qual é o carbono orgânico total máximo permitido (TOC) em água deionizada a 90 graus que um aquecedor de bainha de titânio grau 7 pode tolerar sem sofrer corrosão por subdepósito de carbono pirolisado?
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Em sistemas de água desionizada operando a 90 graus, o carbono orgânico total (TOC) pode originar-se da quebra da resina de troca iônica, do crescimento de biofilme ou da contaminação da água de alimentação. Quando um aquecedor com bainha de titânio Grau 7 opera nessa água, os compostos orgânicos pirolisam na superfície quente, deixando um depósito carbonáceo. Este depósito cria fendas e sob{4}}depósito de células galvânicas. A camada de carbono é condutora e catódica para o titânio, provocando a dissolução anódica do titânio abaixo. O TOC máximo permitido para evitar a corrosão por subdepósito é de 0,5 ppm (500 partes por bilhão). Acima deste nível, os depósitos de carbono pirolisado se formam dentro de 500 a 1.000 horas, levando a taxas de corrosão de 0,05 a 0,20 mm por ano.
O mecanismo de formação de depósitos pirolíticos de carbono e corrosão de subdepósitos
A 90 graus, os compostos orgânicos na água sofrem decomposição térmica (pirólise) na superfície quente do titânio. A reação produz carbono amorfo e produtos voláteis. O depósito de carbono é inicialmente fino, mas se acumula com o tempo. O depósito é eletricamente condutor e eletroquimicamente nobre em relação ao titânio. Sob o depósito, o oxigênio se esgota e os cloretos (de vestígios de impurezas) se concentram. O titânio abaixo do carbono torna-se anódico e se dissolve. A grande superfície-coberta de carbono atua como um cátodo, causando rápida corrosão localizada. O conteúdo de paládio do titânio grau 7 não evita a deposição de carbono, mas pode reduzir as taxas de corrosão abaixo do{10}depósito quando o depósito se forma.
Formação quantitativa de depósitos de carbono e corrosão em função do TOC
Testes controlados em água deionizada (18 MΩ·cm,<10 ppb chloride) at 90°C with varying TOC over 1,000 hours has established the following for Grade 7 titanium. At TOC below 0.1 ppm, carbon deposit thickness is 0–0.5 µm, no pitting occurs, and the surface remains bright. At TOC of 0.1–0.3 ppm, deposit thickness is 0.5–2 µm, no pitting occurs, and the surface shows light discoloration. At TOC of 0.3–0.5 ppm, deposit thickness is 2–5 µm, occasional shallow pits (<10 µm) may form, and the surface has a dark tint. At TOC of 0.5–1.0 ppm, the critical threshold, deposit thickness reaches 5–15 µm, pitting initiates within 200–500 hours, pit depths are 20–80 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate under deposits is 0.05–0.15 mm per year. At TOC of 1.0–2.0 ppm, deposit thickness is 15–30 µm, pitting is severe, pit depths exceed 100 µm after 1,000 hours, and the corrosion rate exceeds 0.15 mm per year. Above 2.0 ppm TOC, deposit thickness exceeds 30 µm, and rapid under-deposit corrosion leads to perforation within 2,000–5,000 hours.
Influência do cloreto e do oxigênio dissolvido na tolerância ao TOC
A presença de cloreto na água reduz significativamente o TOC permitido. A 10 ppb de cloreto, o TOC permitido para<10 µm pit depth is 0.5 ppm. At 50 ppb chloride, the allowable TOC drops to 0.3 ppm. At 100 ppb chloride, the allowable TOC is 0.2 ppm. At 500 ppb chloride, the allowable TOC is 0.1 ppm. Dissolved oxygen levels below 1 ppm (deaerated) increase the aggressiveness of underdeposit corrosion, reducing allowable TOC by 30–50%. Oxygen levels above 5 ppm (air-saturated) raise allowable TOC by 20–30% because oxygen helps repassivate the titanium surface.
Guia de controle de TOC para aquecedores de água de alta-pureza
A tabela a seguir fornece recomendações para o TOC máximo permitido em água deionizada a 90 graus para aquecedores de titânio Grau 7, com base no nível de cloreto e na vida útil desejada.
| Concentração de Cloreto (ppb) | Vida útil desejada (anos) | TOC máximo permitido (ppm) | Profundidade esperada do poço após 5.000 horas (µm) |
|---|---|---|---|
| <10 | >10 | 0.5 | <20 |
| <10 | 5 | 0.8 | 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 |
Engenharia além do controle de TOC
O grau de titânio afeta a corrosão sob depósito. O Grau 7 tem taxas de corrosão sob-depósito 2 a 3 vezes menores do que o Grau 2 para a mesma espessura de depósito de carbono. A espessura da parede proporciona uma margem de penetração no poço; uma parede de 2,0 mm com corrosão de 0,10 mm por ano dura 20 anos. O sistema de tratamento de água deve incluir um monitor de TOC com alarme definido em 0,4 ppm. A filtração de carvão ativado a montante do aquecedor remove os compostos orgânicos antes que atinjam a superfície quente. A limpeza periódica do aquecedor com ácido cítrico a 5% a 60 graus por 2 horas remove os depósitos de carbono sem atacar o titânio.
Fazendo uma especificação informada
Para um aquecedor com bainha de titânio grau 7 em água deionizada a 90 graus, mantenha o carbono orgânico total abaixo de 0,3 ppm para uma vida útil de 10-anos. Instale um analisador de TOC no abastecimento de água com um alarme de 0,4 ppm e um intertravamento que reduza a potência do aquecedor ou desligue o sistema se o TOC exceder 0,6 ppm. Para sistemas existentes com TOC acima de 0,5 ppm, adicione um filtro de carvão ativado ou uma unidade de oxidação UV para reduzir a matéria orgânica. Durante a operação, inspecione anualmente a superfície do aquecedor; se forem visíveis depósitos de carbono escuro, limpe o aquecedor com ácido cítrico a 5% a 60 graus por 2 horas. Ao controlar o TOC abaixo de 0,5 ppm, o engenheiro evita a formação de depósitos de carbono pirolisado e a corrosão por subdepósito em serviços de água de alta pureza.
