In entionisierten Wassersystemen, die bei 90 Grad betrieben werden, kann der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) durch den Abbau von Ionenaustauscherharzen, das Wachstum von Biofilmen oder die Verunreinigung des Speisewassers entstehen. Wenn eine Titanmantelheizung der Güteklasse 7 in solchem ​​Wasser betrieben wird, pyrolysieren organische Verbindungen auf der heißen Oberfläche und hinterlassen eine kohlenstoffhaltige Ablagerung. Diese Ablagerung erzeugt Spalten und unter-abgelagerte galvanische Zellen. Die Kohlenstoffschicht ist leitfähig und kathodisch gegenüber Titan, wodurch die anodische Auflösung des darunter liegenden Titans vorangetrieben wird. Der maximal zulässige TOC zur Verhinderung von Korrosion unter Ablagerungen beträgt 0,5 ppm (500 Teile pro Milliarde). Oberhalb dieses Niveaus bilden sich innerhalb von 500–1.000 Stunden pyrolysierte Kohlenstoffablagerungen, die zu Lochfraßraten von 0,05–0,20 mm pro Jahr führen.

Der Mechanismus der Bildung von pyrolytischen Kohlenstoffablagerungen und der Korrosion von Unterablagerungen

Bei 90 Grad werden organische Verbindungen im Wasser auf der heißen Titanoberfläche thermisch zersetzt (Pyrolyse). Bei der Reaktion entstehen amorpher Kohlenstoff und flüchtige Produkte. Die Kohlenstoffablagerung ist zunächst dünn, sammelt sich aber mit der Zeit an. Die Abscheidung ist elektrisch leitfähig und im Vergleich zu Titan elektrochemisch edler. Unter der Lagerstätte wird der Sauerstoff verbraucht und Chloride (aus Spurenverunreinigungen) konzentrieren sich. Das Titan unter dem Kohlenstoff wird anodisch und löst sich auf. Die große, mit Kohlenstoff-bedeckte Oberfläche fungiert als Kathode und treibt eine schnelle lokale Korrosion voran. Der Palladiumgehalt von Titan der Güteklasse 7 verhindert die Kohlenstoffablagerung nicht, kann jedoch die Korrosionsraten unter -Ablagerungen verringern, sobald sich die Ablagerung gebildet hat.

Quantitative Kohlenstoffablagerungsbildung und Lochfraß als Funktion des TOC

Kontrollierte Prüfung in entionisiertem Wasser (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.

Einfluss von Chlorid und gelöstem Sauerstoff auf die TOC-Toleranz

Das Vorhandensein von Chlorid im Wasser senkt den zulässigen TOC erheblich. Bei 10 ppb Chlorid liegt der zulässige TOC für<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.

Leitfaden zur TOC-Kontrolle für hochreine Warmwasserbereiter

Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen für den maximal zulässigen TOC in entionisiertem Wasser bei 90 Grad für Titanheizgeräte der Güteklasse 7, basierend auf dem Chloridgehalt und der gewünschten Lebensdauer.

Technik jenseits der TOC-Kontrolle

Die Titansorte beeinflusst die Korrosion unter Ablagerungen. Grad 7 weist bei gleicher Kohlenstoffablagerungsdicke zwei- bis dreimal geringere Korrosionsraten unter der Ablagerung auf als Grad 2. Die Wanddicke ermöglicht eine Durchdringung der Grube; Eine 2,0 mm dicke Wand mit 0,10 mm Lochfraß pro Jahr hält 20 Jahre. Das Wasseraufbereitungssystem sollte über einen TOC-Monitor mit einem auf 0,4 ppm eingestellten Alarm verfügen. Eine Aktivkohlefiltration vor der Heizung entfernt organische Verbindungen, bevor sie die heiße Oberfläche erreichen. Durch regelmäßiges Reinigen des Heizgeräts mit 5 %iger Zitronensäure bei 60 Grad für 2 Stunden werden Kohlenstoffablagerungen entfernt, ohne Titan anzugreifen.

Erstellen einer fundierten Spezifikation

Halten Sie bei einer Titanmantelheizung der Güteklasse 7 in entionisiertem Wasser bei 90 Grad den gesamten organischen Kohlenstoff für eine Lebensdauer von 10 - Jahren unter 0,3 ppm. Installieren Sie einen TOC-Analysator an der Wasserversorgung mit einem Alarm bei 0,4 ppm und einer Verriegelung, die die Heizleistung reduziert oder das System abschaltet, wenn der TOC 0,6 ppm überschreitet. Fügen Sie bei bestehenden Systemen mit TOC über 0,5 ppm einen Aktivkohlefilter oder eine UV-Oxidationseinheit hinzu, um organische Stoffe zu reduzieren. Überprüfen Sie während des Betriebs jährlich die Oberfläche des Heizgeräts. Wenn dunkle Kohlenstoffablagerungen sichtbar sind, reinigen Sie die Heizung 2 Stunden lang mit 5 %iger Zitronensäure bei 60 Grad. Durch die Kontrolle des TOC auf unter 0,5 ppm verhindert der Ingenieur die Bildung von pyrolysierten Kohlenstoffablagerungen und die Korrosion von Unterablagerungen bei der Versorgung mit hochreinem Wasser.