I tubi riscaldanti in titanio sono ampiamente utilizzati per il riscaldamento dei sistemi di trattamento delle acque reflue industriali grazie alla straordinaria resistenza al cloruro e all'acido organico. Tuttavia, molti tipi di acque reflue industriali contengono un elevato contenuto di solidi disciolti (sali, ioni di metalli pesanti, sostanze minerali in sospensione). Un elevato contenuto di solidi totali disciolti (TDS) aumenta la conduttività media, accelera l'incrostazione dei sedimenti e amplifica la corrosione interstiziale localizzata, che degrada gradualmente la pellicola passiva del biossido di titanio e accorcia il ciclo di servizio dei gruppi di riscaldamento, anche senza fluoruro o alcali caldi forti.
L'elevato contenuto di solidi disciolti migliora notevolmente la conduttività elettrica dell'elettrolita delle acque reflue. L'acqua pulita a basso-TDS ha una debole mobilità ionica, che limita la velocità di corrosione galvanica e interstiziale. Quando la concentrazione di TDS supera i 5000 mg/L, gli ioni liberi massicci aumentano drasticamente la conduttività del liquido. Qualsiasi piccolo graffio o difetto di abrasione sulla pellicola passiva di titanio forma una microcella galvanica con la pellicola circostante intatta. Il mezzo ad alta-conduttività accelera il trasferimento di elettroni, facendo sì che i difetti superficiali superficiali si espandano in cavità profonde molto più velocemente che nell'acqua a bassa-salinita. Le zone di saldatura con film di ossido intrinsecamente più sottile diventano i principali punti caldi della corrosione.
La precipitazione termica continua forma una densa incrostazione minerale che ricopre la parete del tubo. La solubilità della maggior parte dei sali inorganici (calcio, magnesio, solfato, cloruro) diminuisce drasticamente a temperature di riscaldamento elevate. L'alto contenuto di solidi disciolti porta alla rapida deposizione di incrostazioni strettamente attaccate alla superficie del titanio, creando una fessura sigillata tra incrostazioni e matrice metallica. All'interno di questa microfessura, gli ioni corrosivi come il cloruro si concentrano in quantità decine di volte superiori rispetto alle acque reflue tradizionali. Anche se il titanio resiste bene ai normali livelli di cloruro, una concentrazione ultra-localizzata di cloruro sotto le incrostazioni dissolve lentamente lo strato passivo esterno e innesca la corrosione nascosta sotto i-depositi che non può essere rimossa con un semplice lavaggio regolare.
Gli ioni disciolti di metalli pesanti comportano rischi di corrosione galvanica secondaria. Le acque reflue con TDS elevato solitamente contengono ioni di ferro, manganese, nichel e zinco. Questi ioni metallici precipitano in depositi di ossido sulla superficie del tubo di titanio dopo il riscaldamento. I sedimenti di metalli pesanti precipitati hanno un potenziale elettrodico diverso dalla matrice di titanio puro, formando innumerevoli celle galvaniche in miniatura distribuite su tutta la parete del tubo. Ciascuna zona di sedimento funge da catodo e il titanio esposto sottostante diventa l'anodo, determinando microvaiolature uniformi diffuse sulla superficie riscaldante durante il funzionamento a lungo termine.
La condizione di basso ossigeno disciolto nelle acque reflue ad alto-TDS peggiora la capacità di autoriparazione-della pellicola. L'elevata concentrazione di sale riduce la solubilità dell'ossigeno nell'acqua. Il film passivo TiO₂ si basa sull'ossigeno disciolto per riparare graffi superficiali e aree di assottigliamento. La carenza di ossigeno combinata con un'elevata conduttività ionica crea un duplice effetto dannoso: la pellicola passiva non può rigenerarsi tempestivamente, mentre l'elettrolita ad alta-conduttività accelera la reazione di corrosione in tutti i punti difettosi. I serbatoi statici di stoccaggio delle acque reflue a circolazione zero presentano il rischio di invecchiamento più grave per i tubi di riscaldamento in titanio.
Misure di regolazione mirate prolungano la durata in condizioni di lavoro con TDS elevati. Innanzitutto, installare apparecchiature di pretrattamento di addolcimento in linea per ridurre il contenuto di ioni di calcio e magnesio e le precipitazioni su scala lenta. In secondo luogo, aumentare la velocità del flusso di circolazione media al di sopra di 1,2 m/s per ridurre l'adesione dei sedimenti sulle pareti del tubo. In terzo luogo, aggiungere ogni mese una regolare pulizia periodica del decapaggio con acido organico delicato per eliminare le incrostazioni minerali accumulate. In quarto luogo, dotare i dispositivi di aerazione per aumentare l'ossigeno disciolto al di sopra di 6 mg/l per mantenere la capacità di autoriparazione della pellicola passiva. In quinto luogo, ridurre il ciclo di ispezione a ogni due mesi per controllare lo spessore delle pareti e la vaiolatura della superficie.
表格
| Livello TDS delle acque reflue | Impatto della corrosione sui tubi di riscaldamento in titanio | Soluzione di controllo corrispondente |
|---|---|---|
| Basso TDS (<1000 mg/L), aerazione sufficiente | Solo scolorimento lento e uniforme, lunga durata | È sufficiente la manutenzione ordinaria trimestrale del lavaggio |
| TDS medio (1.000–5.000 mg/l), circolazione statica | Accumulo su scala moderata, micro-fosse sparse | Aumentare la velocità del flusso, pulizia mensile delle incrostazioni |
| TDS elevato (> 5000 mg/L), basso ossigeno disciolto | Grave vaiolatura sotto{0}}deposito, corrosione dei sedimenti di metalli pesanti | Pretrattamento addolcimento acqua + aerazione continua |
| Acque reflue ad alto TDS con ioni di metalli pesanti | Corrosione galvanica miniaturizzata diffusa da depositi di ossidi metallici | Disincrostazione acida regolare + rilevamento bimestrale del potenziale superficiale |
Breve riassunto
L'elevato contenuto di solidi disciolti aumenta la conduttività delle acque reflue, favorisce la precipitazione delle incrostazioni minerali termiche e riduce il contenuto di ossigeno disciolto, accelerando congiuntamente l'assottigliamento del film passivo e la vaiolatura sotto-deposito dei tubi riscaldanti in titanio. Il pretrattamento per ridurre la concentrazione di sale, migliorare la circolazione dei fluidi e integrare l'ossigeno disciolto può mitigare efficacemente i danni da corrosione e prolungare la durata delle apparecchiature nei sistemi di riscaldamento delle acque reflue industriali.
