Потоки отходов обратного осмоса (RO) концентрируют все вещества, отброшенные мембраной, включая хлор, добавляемый перед потоком для контроля биообрастания. Типичные отходы обратного осмоса содержат 10 000–30 000 частей на миллион, 200–1 000 частей на миллион сульфата и остаточный свободный хлор в концентрации 0,5–5 частей на миллион. При температуре выше 45 градусов сочетание высокого содержания хлоридов и остаточного хлора создает сильную среду для точечной коррозии титана класса 2. Свободный хлор (Cl₂) и хлорноватистая кислота (HOCl) являются сильными окислителями, повышающими электрохимический потенциал поверхности титана. В то время как умеренное окисление стабилизирует пассивную пленку, чрезмерное окисление-в сочетании с высоким содержанием хлоридов-вызывает транспассивное растворение и образование язв. Понимание максимально допустимой концентрации хлора имеет важное значение для применений нагревателей отходов обратного осмоса.

Механизм образования питтинга,-индуцированного хлором, на титане

В растворах хлоридов пассивность титана зависит от поддержания поверхностного потенциала в пределах стабильного окна. Свободный хлор действует как катодный деполяризатор, сдвигая смешанный потенциал к более положительным значениям. При низких концентрациях хлора (ниже 0,5 ppm) этот сдвиг усиливает пассивность. При умеренных концентрациях (0,5–2 ppm) потенциал попадает в транспассивную область, где пленка TiO₂ локально разрушается. Ионы хлорида затем мигрируют к местам распада, образуя ямки. При высоких концентрациях (свыше 2 ppm) транспассивное растворение становится непрерывным. Критическая концентрация хлора снижается с повышением температуры, поскольку пассивная пленка становится менее стабильной при более высоких температурах.

Количественная связь между хлором, хлоридом и питтингом

Контролируемые испытания синтетических отходов обратного осмоса (20 000 ppm Cl⁻, 500 ppm SO₄²⁻, pH 7,5) при 45 градусах установили следующие пороги питтинговой коррозии для титана класса 2:

Свободный хлор ниже 0,3 ppm: Отсутствие точечной коррозии после 2000 часов работы. Поверхностный потенциал остается в пассивном диапазоне. Приемлемо для непрерывной эксплуатации.

Свободный хлор при 0,3–0,8 ppm.: Происходят метастабильные питтинговые явления, но питтинги репассивируются. Отсутствие устойчивых питтингов через 2000 часов. Приемлемо при ежегодном осмотре.

Свободный хлор при 0,8–1,5 ppm.: Стабильное точечное выкрашивание начинается через 200–500 часов. Максимальная глубина ямок 0,2 мм через 1000 часов. Незначительный срок эксплуатации с толстостенными трубками-(минимум 1,5 мм).

Свободный хлор при 1,5–2,5 ppm.: Стабильное точечное образование появляется в течение 50–100 часов. Скорость распространения ямок 0,02–0,05 мм в час. Перфорация стенки толщиной 1,2 мм в течение 1–3 месяцев.

Свободный хлор выше 2,5 ppm: Быстрое изъязвление начинается в течение 24 часов. Скорость распространения ямок более 0,1 мм в час. Не подходит для любого титанового нагревателя.

Влияние температуры на толерантность к хлору

Максимально допустимая концентрация хлора экспоненциально уменьшается с температурой:

Руководство по управлению хлором и предотвращению точечной коррозии

В следующей таблице представлена ​​схема принятия решений по эксплуатации титановых нагревателей в потоках отходов обратного осмоса в зависимости от концентрации хлора и температуры:

Инженерное дело за пределами концентрации хлора

Хлор существует в нескольких формах в зависимости от pH. Свободный хлор (HOCl + OCl⁻) более агрессивен, чем связанный хлор (хлорамины). При pH ниже 6 доминирует HOCl, и риск точечной коррозии в 2–3 раза выше, чем при pH 8. Бромид в отходах обратного осмоса (в результате проникновения морской воды) реагирует с хлором с образованием бромноватистой кислоты, которая столь же агрессивна. Марка титана влияет на толерантность к хлору: класс 7 (стабилизированный палладием-) повышает допустимый предел хлора на 30–50 %, поскольку палладий катализирует катодные реакции, снижая плотность анодного тока. Толщина стенок обеспечивает запас прочности; Стенка толщиной 1,5 мм с концентрацией хлора 1,2 ppm может выдержать 2000 часов, а стенка толщиной 0,9 мм разрушится за 500 часов.

Создание обоснованной спецификации

При выборе титанового нагревателя для работы с отбраковкой обратного осмоса при температуре выше 45 градусов необходимо провести дехлорирование на входе до уровня ниже 1,0 частей на миллион свободного хлора. Укажите титан класса 7 для любого уровня хлора выше 0,5 частей на миллион. Установите монитор хлора после системы дехлорирования с сигнализацией, установленной на 1,0 ppm, и блокировкой, которая отключает нагреватель, если содержание хлора превышает 1,5 ppm. Во время ввода в эксплуатацию измерьте потенциал коррозии титановой поверхности по сравнению с серебряно--хлоридсеребряным электродом сравнения; потенциал выше +0.6V указывает на избыток хлора, требующий корректировки дехлорирования. Существующие нагреватели проверяйте на предмет точечной коррозии ежеквартально с помощью пенетранта. При обнаружении ямок уменьшите уровень хлора на 50 % или замените титаном класса 7. Контролируя концентрацию остаточного хлора как критический рабочий параметр, инженер предотвращает точечную коррозию в теплых потоках отходов обратного осмоса с высоким содержанием хлоридов, где в противном случае титан был бы приемлем.