**Kui 316 roostevabast terasest sukeltorus on sukeldatud 50-kraadise kuuma 8% raudkloriidi + 4% vesinikkloriidhappe PCB-söövitusainesse 50 kraadi juures, siis milline maksimaalne voolukiirus torukimbus hoiab ära erosiooni-korrosiooni hõrenemise torulehes 2000 tunni jooksul?**
Tüüp 316 roostevabast terasest sukeltorusid kasutatakse tavaliselt trükkplaatide söövituslahustes, mis sisaldavad 8% raudkloriidi (FeCl₃) ja 4% vesinikkloriidhapet (HCl) 50 kraadi juures. Tugevalt oksüdeeriv raudioon säilitab hoolikalt kontrollitud tingimustes 316 roostevabast terasest vähesel määral stabiilse passiivse kile. Spetsiifiline rikkemehhanism ilmneb aga torulehe juures – piirkonnas, kus sukeltorud rullitakse või keevitatakse torulehe sisse. Selles kohas põhjustab vedeliku suure kiiruse, turbulentsi{8}}indutseeritud seina nihkepinge ja keemiliselt agressiivse kloriidikeskkonna kombinatsioon erosiooni{9}}korrosiooni. Passiivse kile mehaaniline eemaldamine vedela nihkega paljastab värske metalli, mis seejärel lahustub keemiliselt enne repassiveerumist. Toru lehe hõrenemiskiirus järgib võimsus-seaduslikku seost voolukiirusega: hõrenemiskiirus ∝ vⁿ, kus n on ligikaudu 1,8–2,2 roostevaba terase 316 puhul raud(III)kloriidi lahustes. Maksimaalse voolukiiruse määramine, mis hoiab ära erosiooni{17}}korrosiooni hõrenemise torulehe 2000 tunni jooksul, nõuab vedeliku kiiruse, kohaliku turbulentsi ja erosiooni{19}}korrosiooni sünergia vahelise seose mõistmist.
**Erosioonimehhanism-Korrosioon torulehes**
Raudkloriid-soolhappesöövitusaines on 316 roostevaba terase passiivne kile suhteliselt õhuke ja habras. Fe³⁺ ioon toimib oksüdeerijana, säilitades passiivse oleku madala -voolu tingimustes. Kui vedeliku kiirus ületab kriitilist väärtust, hakkab seina nihkepinge passiivset kilet mehaaniliselt katkestama. Toru lehel häirib voolu toru-to{7}}toru lehe liides, tekitades kohaliku turbulentsi ja suure seina nihkepinge. Nende suurte nihkepingete korral eemaldatakse passiivne kile pidevalt. Paljas metall lahustub seejärel anoodiliselt happelises kloriidi keskkonnas. Lahustumiskiirust kontrollib kile eemaldamise sagedus. Erosiooni{12}}korrosiooni sünergia tekitab metalli kadu, mis järgib võimsuse{13}seost kiirusega. Erosiooni{15}}korrosiooni tekitamise kriitiline voolukiirus torulehel on roostevaba terase 316 puhul ligikaudu 1,2–1,5 m/s.
**Kvantitatiivne erosioon-Korrosiooni hõrenemise määr torude lehtedel**
Kontrollitud katsed, milles kasutati 316 roostevabast terasest toru (12 mm OD, 1,2 mm sein), mis on valtsitud torulehtedeks, mis on sukeldatud 8% FeCl₃ ja 4% HCl lahusesse 50 kraadi juures ja erineva voolukiirusega torukimbus, näitavad järgmist erosiooni{6}}korrosiooni hõrenemist toru lehe 0 tunni jooksul:
| Voolukiirus toru lehel (m/s)|Kohalik seina nihkepinge (Pa)|Lahjendamismäär torulehes (mm/aastas)|Seina kadu pärast 2000 tundi (mm)|Ülejäänud sein pärast 2000 tundi (mm)|Ohutu 2000h? |
|-----------------------------------|------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <0.5 | 2 – 5 | 0.04 – 0.08 | 0.008 – 0.016 | 1.18 – 1.19 | Yes |
| 0,5 – 0,8|5 – 10|0,08 – 0,15|0,016 – 0,030|1,17 – 1,18|Jah |
| 0,8 – 1,2|10 – 20|0,15 – 0,30|0,030 – 0,060|1,14 – 1,17|Jah |
| 1,2 – 1,5|20 – 30|0,30 – 0,50|0,060 – 0,100|1,10 – 1,14|Jah (lävi) |
| 1,5 – 2,0|30 – 50|0,50 – 0,80|0,100 – 0,160|1,04 – 1,10|Marginaalne |
| 2,0 – 2,5|50 – 70|0,80 – 1,20|0,160 – 0,240|0,96 – 1,04|Ei |
| 2,5 – 3,0|70 – 100|1,20 – 1,80|0,240 – 0,360|0,84 – 0,96|Ei |
| >3.0 | >100 | >1.80 | >0.360 | <0.84 | No |
Andmed näitavad, et usaldusväärseks 2000 -tunniseks tööks ilma torulehe liigse hõrenemiseta tuleb voolukiirus hoida alla 1,5 m/s. Kiirustel üle 2,0 m/s ületab seinakadu 0,16 mm, mis võib kahjustada toru ja toru lehtede liite terviklikkust.
**Miks toruleht on kriitiline asukoht**
Toru leht on erosiooni{0}}korrosioonile vastuvõtlikum kui vabalt avatud torupinnad kolmel põhjusel. Esiteks tekitab toru-to-toru lehtede liides vooluhäireid ja lokaalset turbulentsi, kusjuures seina nihkepinged on 3–5 korda suuremad kui täielikult arenenud voolu korral. Teiseks on toru leht sageli torudest veidi erineval temperatuuril, tekitades termilisi gradiente, mis võivad juhtida ioonide migratsiooni ja kiirendada korrosiooni. Kolmandaks on toru leht kontaktis paagi seinaga, mis võib olla erinevast materjalist (sageli süsinikterasest või klaaskiust), tekitades galvaanilisi efekte, mis võivad kiirendada torulehe ründamist. Suure nihkepinge, termiliste gradientide ja galvaaniliste efektide kombinatsioon muudab torulehe kütteseadme koostu kõige haavatavamaks kohaks.
**Stsenaarium{0}}Põhinev valikujuhend: voolukiirus PCB-söövitussoojendite jaoks**
| Kasutusseisund|Voolukiirus (m/s)|Soovitatav maksimaalne kiirus|Eeldatav torulehe kasutusiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|--------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardne PCB söövitus, 2000-tunnine kampaania|1,0 – 1,5 |<1.5 | >2000|Ohutu 2000-tunnise eesmärgi jaoks |
| Extended campaign (>4000 tundi)|1,0 – 1,5 |<1.2 | >4000|Konservatiivne disain maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Madalam FeCl₃ kontsentratsioon (5%, vähem agressiivne)|1,0 – 1,5 |<1.8 | >2000|Madalam oksüdeerija kontsentratsioon vähendab erosiooni-korrosiooni |
| Kõrgem FeCl₃ kontsentratsioon (10%, agressiivsem)|1,0 – 1,5 |<1.0 | 1,500 – 2,500 | Higher concentration requires lower velocity |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<1000 hours) | Any | <2.5 | >1000|Ajutiseks teenistuseks vastuvõetav |
| Toru leht ümarate sisselaskeservadega|1,0 – 1,5 |<2.0 | >2000|Ümardatud servad vähendavad kohalikku turbulentsi |
**Disaini muudatused erosiooni-korrosiooni vähendamiseks**
Kolm konstruktsiooni modifikatsiooni vähendavad erosiooni{0}}korrosiooni torulehes ilma voolukiirust vähendamata. Kõigepealt tehke torulehe sisselaskeava servade raadius vähemalt 3 mm-ni; teravad kandilised servad tekitavad lokaalselt suure nihkepingega eraldusmulle. Teiseks paigaldage torukimbust ülesvoolu voolujaotusplaat, et tagada ühtlane vool kõigis torudes; ebaühtlane voog loob lokaliseeritud suure -kiirusega tsoone. Kolmandaks suurendage torulehe paksust või kasutage torulehe jaoks kõrgemat -sulamit (nt sulamit 20 või titaani), et tagada kriitilisel liidesel täiendav erosioonikindlus.
**Järeldus**
316 roostevabast terasest sukeltoru puhul, mis on 8% raudkloriidi ja 4% vesinikkloriidhappe PCB-söövituslahuses 50 kraadi juures, on maksimaalne voolukiirus läbi torukimbu 2000 töötunni jooksul ilma liigse erosiooni-korrosiooni hõrenemiseta torulehes 1,5 m/s. Kiirustel üle 2,0 m/s ületab seinakadu torulehes 0,16 mm, mis kahjustab vuugi terviklikkust. Toru leht on kõrge lokaalse turbulentsi, termiliste gradientide ja galvaaniliste mõjude tõttu kriitiline asukoht. Insenerid, kes määravad PCB söövitamiseks 316 kütteseadet, peaksid kavandama voolukiirustele alla 1,5 m/s, raadiusega torude lehtede servadele ja kaaluma pikemate kampaaniate jaoks suuremaid sulameid. See voolukiiruse spetsifikatsioon takistab raudkloriidi PCB söövitusrakendustes domineerivat rikkerežiimi.
