pH範囲に関する質問
化学サービス用の熱交換器を選択するプロセス エンジニアは、「この材料はどの pH 範囲まで対応できるか?」とよく尋ねます。この質問は、単一の重要な回答を前提としています。-金属製の熱交換器、特にチタンの場合、その答えはプロセス流体の pH だけでなく、システムに接続されているその他すべての要素によって決まります。
チタンは、酸化条件下で約 2-12 の pH 範囲にわたって腐食に耐えます。この範囲は多くの産業用途をカバーします。しかし、システム内に他の金属が存在すると、-ポンプ インペラ、バルブ本体、タンク壁、アノード バスケットなど、pH とは無関係の第 2 の腐食メカニズム、つまり電気腐食が引き起こされます。
完全 PTFE 熱交換器は非導電性であるため、電気腐食のリスクがありません。-使用可能な pH 範囲は 0 ～ 14 であり、酸化条件や還元条件に依存しません。 2 つの材料は、まったく異なる物理原理から腐食の問題にアプローチします。
チタンの pH 制限と電解腐食トラップ
チタンの耐食性は安定した TiO₂ 不動態皮膜に依存しています。この膜は、およそ 2-12 の pH 範囲にわたる酸化性の酸中で安定です。還元酸-では、あらゆる pH の熱 HCl、HBr、HF で膜が溶解し、チタンが活発に腐食します。高温で pH 12 を超える強アルカリ性溶液では、膜も溶解し、均一な腐食や水素脆化を引き起こす可能性があります。
チタンの安全な pH 範囲内であっても、チタンがより貴な材料と電気的に結合すると、電気腐食により金属が破壊される可能性があります。チタンは、不動態状態ではガルバニック系列の中で比較的高貴です。チタンが導電性溶液中でグラファイト、白金、または特定のステンレス鋼と結合すると、チタンは陰極性となり、一般に安全です。しかし、チタン不動態皮膜が-傷、隙間、または化学的混乱によって局所的に破壊されると-、露出した活性チタンは周囲の不動態表面と比べて陽極性が高くなります。同じコンポーネント上のアクティブチタンとパッシブチタン間のガルバニックカップルにより、急速な孔食が発生します。
システム内の外部金属によりリスクが増大します。銅バスバーを備えたステンレス鋼タンク内のチタン熱交換器により、マルチメタル システムが形成されます。-迷走電流が流れたり、グランド電位が異なる場合、電気腐食により回路内の最も貴金属の低い金属が攻撃される可能性があります。-不動態化された条件下ではチタンが攻撃される可能性があります。
表 1: pH と電解腐食の比較
| 腐食特性 | チタン（グレード2） | PTFE |
|---|---|---|
| 使用可能なpH範囲（酸化条件） | 2-12 | 0-14 |
| 使用可能なpH範囲（還元条件） | 4-10 (厳しく制限) | 0～14（制限なし） |
| あらゆる pH における HF に対する耐性 | なし | 完了 |
| 高温濃縮NaOHに対する耐性 | 限定的 (pH 12、80 度以上で水素脆化) | 260度まで完成 |
| 電気伝導率 | 導電性 | 非導電性（絶縁体）- |
| ガルバニック腐食のリスク | 存在する（異種金属と結合した場合） | ゼロ（電気経路なし） |
| 漂遊電流腐食のリスク | 現在 | ゼロ |
| 受動性依存性 | クリティカル（膜破壊→速攻） | なし（不動態皮膜なし） |
| 海水/塩化物中での隙間腐食のリスク | 中程度（70度以上） | ゼロ |
PTFE: ゼロ電気伝導率、ゼロガルバニックリスク
PTFE は、体積抵抗率が 10¹8 Ω・cm を超える電気絶縁体です。電流は材料を通って流れることができません。ガルバニック腐食には、アノード、カソード、溶液を通る導電経路、および金属を通る導電経路といった電気回路が必要です。 PTFE は金属の伝導経路を完成させることができません。
プロセスタンクに浸漬された PTFE 熱交換器は、任意の電位の金属の任意の組み合わせで囲むことができます。 PTFE は電子伝導に寄与しないため、PTFE とこれらの金属の間にガルバニ電池は形成されません。フッ素ポリマーはシステムにとって電気的に見えません。
この電気的不活性は、迷走電流腐食にも及びます。電気化学処理-電気めっき、電解採取、陽極酸化-では、溶液を流れる迷走電流が金属熱交換器に出入りし、電流の出口部分に深刻な局所的な腐食を引き起こす可能性があります。 PTFE は非導電性であるため、迷走電流を流すことができません。-電流は熱交換器を完全にバイパスします。
pH 範囲: 絶対値と条件付き
酸化条件におけるチタンの pH 範囲 2-12 は条件付きです。不動態皮膜の維持は酸化剤の存在に依存します。臨界温度を超えるフッ化物、塩化物、および還元酸は除外されます。ガルバニックカップルや迷走電流がないことが必要です。これらの状態は、適切に制御されたプロセスで管理可能ですが、エンジニアリング上の注意と運用規律が必要です。
PTFE の 0 ～ 14 の pH 範囲は絶対的です。実際の温度において、この範囲内の化学的条件が材料を劣化させることはありません。酸化剤は必要ありません。不動態皮膜を維持する必要はありません。ガルバニック絶縁は必要ありません。この材料は本質的に電気化学的腐食メカニズムの影響を受けません。
まとめ
PTFE 熱交換器は、フッ素ポリマーの耐食性が電気化学的条件に依存しないため、チタンよりも広い有効 pH 範囲に対応します。チタンの使用可能な pH 範囲は酸化条件に依存し、還元酸や熱アルカリには制限され、システム内に他の金属が存在するとガルバニック腐食や漂遊電流腐食に対して脆弱になります。
PTFE は、非導電性により電気腐食のリスクを排除し、炭素-結合の熱力学的安定性により pH 制限を排除します。 PTFE の pH 範囲は 0 ～ 14 の絶対値であり、条件による制限はありません。
完全なプロセス化学、pH 範囲、酸化還元電位、システム内の他の金属、および既存の機器で観察された腐食パターンを提出すると、幅広い pH および電気化学的条件にわたって熱交換器の材料を選択するための工学分析が可能になります。{0}
