ความผันผวนของค่า pH บ่อยครั้งจะส่งผลอย่างไรต่อท่อให้ความร้อนไทเทเนียมในกระบวนการกรดผสม-

ท่อความร้อนไทเทเนียมบริสุทธิ์จะรักษาฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เสถียรภายในช่วง pH ปานกลาง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในสายการผลิตที่ใช้ตัวกลางที่เป็นกรดและด่าง เช่น การสังเคราะห์ทางเภสัชกรรมและการทำความสะอาด CIP สำหรับอาหาร อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตจำนวนมากมีการกระโดดค่า pH ที่รุนแรงและบ่อยครั้งระหว่างกรดแก่และด่างแก่ในวงจรสั้นๆ การกัดเซาะสลับกันอย่างรวดเร็วของไอออนไฮโดรเจนและไฮดรอกไซด์ไอออนส่งผลกระทบต่อชั้นป้องกัน TiO₂ อย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการบางเป็นระยะๆ รอยแตกขนาดเล็ก- และการเปลี่ยนสีของพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ความผันผวนของค่า pH ซ้ำๆ -ในระยะยาวจะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพของฟิล์มเฉื่อยและสร้างความเสี่ยงในการกัดกร่อนแบบรูพรุนที่ซ่อนอยู่ แม้ว่าตัวกลางจะไม่มีฟลูออไรด์ไอออนก็ตาม

ในสภาพแวดล้อม pH เดี่ยวที่เสถียร ฟิล์มแบบพาสซีฟจะสร้างโครงสร้างการป้องกันที่สมดุล ภายใต้สภาวะความเป็นด่างที่เป็นกลางและเป็นด่างอ่อน ฟิล์มคอมโพสิตไททาเนียมไดออกไซด์หนาแน่นและไททาเนียมไฮดรอกไซด์จะห่อหุ้มซับสเตรตไว้อย่างแน่นหนา เพื่อป้องกันการบุกรุกของไอออน ในกรดอินทรีย์อ่อน ชั้นในที่มีขนาดกะทัดรัดของ TiO₂ ต้านทานการละลายของกรดอ่อน และซ่อมแซมตัวเองได้สำเร็จ-ด้วยออกซิเจนที่ละลายน้ำ แต่ค่า pH ที่คมชัดบ่อยครั้งจะทำลายความสมดุลแบบไดนามิกนี้ ฟิล์มพื้นผิวจะสลับระหว่างสถานะการละลายของกรดและสถานะการกัดกร่อนของด่างซ้ำๆ โดยไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสร้างชั้นที่สม่ำเสมอโดยสมบูรณ์ขึ้นมาใหม่

ค่า pH ที่รุนแรงลดลงจนเป็นค่ากรดก่อนจะละลายฟิล์มไฮดรอกไซด์ด้านนอกที่หลวม เมื่อตัวกลางเปลี่ยนเป็นกรดกะทันหัน ไอออนของไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับชั้นไทเทเนียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง โดยจะลอกชั้นป้องกันด้านนอกออก และเผยให้เห็นชั้นใน TiO₂ บริสุทธิ์ที่บางกว่า ในขั้นตอนนี้ ความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อน-ของฟิล์มลดลงอย่างเห็นได้ชัด และคลอไรด์หรือไอออนของกรดอินทรีย์จะทะลุผ่านจุดบกพร่องเล็กๆ-ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างจุดเริ่มต้นเล็กๆ ของการกัดกร่อนบนเมทริกซ์

ค่า pH ที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันต่อมาเป็นด่างแก่จะกัดกร่อนฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์บางที่ตกค้าง ไอออนไฮดรอกไซด์ที่มีความเข้มข้นสูง-จะทำปฏิกิริยากับ TiO₂ เพื่อสร้างสารประกอบไททาเนตที่ละลายได้ ซึ่งจะทำให้ฟิล์มพาสซีฟที่เหลือบางลงอีก พื้นที่ขอบเขตระหว่างฟิล์มเดิมที่สมบูรณ์และฟิล์มที่-ได้รับความเสียหายจากกรดทำให้เกิดความเครียดอย่างรุนแรง ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก-เล็กๆ ที่มองไม่เห็นจำนวนนับไม่ถ้วนบนพื้นผิวท่อ ความผันผวนของค่า pH ของกรด-ในแต่ละรอบจะสะสมรอยแตกร้าวและพื้นที่ฟิล์มที่บางลงมากขึ้น ทำให้เกิดวงจรที่เลวร้ายของการสูญเสียชั้นป้องกันอย่างต่อเนื่อง

อุณหภูมิสูงจะขยายความเสียหายที่เกิดจากความผันผวนของค่า pH อย่างมีนัยสำคัญ การให้ความร้อนจะช่วยเร่งทั้งอัตราการละลายของกรดและปฏิกิริยาการกัดด้วยด่างของฟิล์มพาสซีฟ ขณะเดียวกันก็ลดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในของเหลว ทำให้ประสิทธิภาพในการซ่อมแซมตัวเองของฟิล์ม-ลดลง สำหรับระบบหมุนเวียนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 60 องศาและรอบการสลับกรดหลายรอบ-ในแต่ละวัน การกัดผิวที่ชัดเจนและหลุมบ่อที่กระจัดกระจายจะปรากฏบนท่อไทเทเนียมภายใน 3-6 เดือนของการทำงาน ความร้อนจากการเชื่อม-โซนที่ได้รับผลกระทบจากฟิล์มพาสซีฟที่บางกว่าตามธรรมชาติกลายเป็นพื้นที่ที่ได้รับความเสียหายรุนแรงที่สุด

มาตรการควบคุมที่มีประสิทธิภาพช่วยลดอันตรายจากความผันผวนของค่า pH ขั้นแรก ให้ขยายเวลาการเปลี่ยนบัฟเฟอร์ระหว่างขั้นตอนการทำงานของกรดและด่าง ฉีดน้ำสะอาดที่เป็นกลางเพื่อล้างถังและท่อทำความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการผสมกรดแก่และด่างแก่โดยตรง ประการที่สอง เพิ่มสารบัฟเฟอร์ pH เพื่อทำให้ pH ปานกลางคงที่ภายในช่วงความผันผวนที่แคบ โดยจำกัดความแปรปรวนของ pH ระหว่าง 6–9 ให้มากที่สุด ประการที่สาม ลดระยะเวลาการบำรุงรักษาลงเพื่อดำเนินการ-บำบัดฟิล์มใหม่เป็นประจำ ซ่อมแซม-รอยแตกเล็กๆ ที่สะสมจากการกัดเซาะของกรด-ซ้ำๆ ประการที่สี่ ลดอุณหภูมิการทำงานลงอย่างเหมาะสมเพื่อชะลอความเร็วปฏิกิริยาการทำให้ผอมบางของฟิล์มแบบพาสซีฟหากกระบวนการผลิตอนุญาต

表格

สรุปโดยย่อ

ความผันผวนของค่า pH ที่รุนแรงบ่อยครั้งระหว่างกรดและด่างจะสลับกันละลายและกัดกร่อนฟิล์มพาสซีฟคอมโพสิตของไทเทเนียม ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก-สะสม และทำให้ประสิทธิภาพการป้องกันการกัดกร่อน-ในระยะยาวลดลง การเพิ่มการชะล้างบัฟเฟอร์ที่เป็นกลาง การรักษาค่า pH ปานกลางให้คงที่ และการซ่อมแซมฟิล์มฟิล์ม-เป็นประจำสามารถลดความเสียหายจากการกัดกร่อนของกรด-ซ้ำๆ ที่เปลี่ยนมาใช้ท่อทำความร้อนไทเทเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ