В системах деионизированной воды, работающих при температуре 90 градусов, общее количество органического углерода (ТОС) может возникать в результате разрушения ионообменной смолы, роста биопленки или загрязнения питательной воды. Когда нагреватель с титановой оболочкой класса 7 работает в такой воде, органические соединения пиролизуются на горячей поверхности, оставляя углеродистый осадок. Этот осадок создает трещины и под-отложенными гальваническими элементами. Углеродный слой является проводящим и катодным по отношению к титану, что приводит к анодному растворению находящегося под ним титана. Максимально допустимое содержание TOC для предотвращения коррозии под отложениями составляет 0,5 частей на миллион (500 частей на миллиард). Выше этого уровня в течение 500–1000 часов образуются пиролизованные углеродные отложения, что приводит к скорости питтинговой коррозии 0,05–0,20 мм в год.

Механизм образования пиролитического углерода и подотложенной коррозии

При 90 градусах органические соединения в воде подвергаются термическому разложению (пиролизу) на горячей поверхности титана. В результате реакции образуется аморфный углерод и летучие продукты. Налет углерода изначально тонкий, но со временем накапливается. Осадок электропроводен и электрохимически благороден по отношению к титану. Под залежей кислород обедняется, а хлориды (из микропримесей) концентрируются. Титан под углеродом становится анодным и растворяется. Большая поверхность,-покрытая углеродом, действует как катод, вызывая быструю локальную коррозию. Содержание палладия в титане класса 7 не предотвращает отложение углерода, но может снизить скорость коррозии под-отложениями после их образования.

Количественное образование углеродистых отложений и питтинг как функция TOC

Контролируемые испытания в деионизированной воде (18 МОм·см,<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.

Влияние хлоридов и растворенного кислорода на толерантность к ТОС

Присутствие хлоридов в воде значительно снижает допустимое содержание общего органического углерода. При 10 ppb хлорида допустимое содержание TOC для<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.

Руководство по контролю TOC для водонагревателей-чистой воды

В следующей таблице представлены рекомендации по максимально допустимому содержанию TOC в деионизированной воде при температуре 90 градусов для титановых нагревателей класса 7 в зависимости от уровня хлоридов и желаемого срока службы.

Инжиниринг за пределами контроля TOC

Марка титана влияет на подкоррозионную коррозию. Скорость коррозии под -отложениями класса 7 в 2–3 раза ниже, чем у класса 2 при той же толщине углеродного отложения. Толщина стены обеспечивает припуск на проникновение в яму; Стенка толщиной 2,0 мм с изъязвлением 0,10 мм в год сохраняется 20 лет. Система очистки воды должна включать монитор ТОС с сигнализацией, установленной на уровне 0,4 частей на миллион. Фильтрация с активированным углем перед нагревателем удаляет органические соединения еще до того, как они достигнут горячей поверхности. Периодическая очистка нагревателя 5% лимонной кислотой при температуре 60 градусов в течение 2 часов удаляет нагар, не повреждая титан.

Создание обоснованной спецификации

Для нагревателя с титановой оболочкой класса 7 в деионизированной воде при температуре 90 градусов поддерживайте содержание общего органического углерода ниже 0,3 частей на миллион в течение 10-летнего срока службы. Установите анализатор TOC на водопроводе с сигнализацией при 0,4 ppm и блокировкой, которая снижает мощность нагревателя или отключает систему, если TOC превышает 0,6 ppm. Для существующих систем с содержанием TOC выше 0,5 частей на миллион добавьте фильтр с активированным углем или установку УФ-окисления для снижения содержания органических веществ. В процессе эксплуатации ежегодно осматривайте поверхность обогревателя; Если видны темные нагары, очистите нагреватель 5% лимонной кислотой при температуре 60 градусов в течение 2 часов. Контролируя содержание TOC ниже 0,5 частей на миллион, инженер предотвращает образование отложений пиролизованного углерода и коррозию под отложениями при работе с водой высокой чистоты.