**ในท่อทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 สัมผัสกับสารละลายโลหะมีค่าของกรดไฮโดรคลอริก + 5% ที่ร้อน 10% ของสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่ 60 องศา ความหนาของผนังขั้นต่ำเท่าใดที่ป้องกันไม่ให้เกิดรูพรุนที่ส่วนต่อประสานไอของของเหลว- เป็นเวลา 3000 ชั่วโมงในการให้บริการเป็นระยะๆ**
ท่อทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 ได้รับการกำหนดเพิ่มมากขึ้นสำหรับการนำโลหะมีค่ากลับมาใช้ใหม่จากขยะอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้สารละลายกรดเฟอร์ริกคลอไรด์-ที่ประกอบด้วยเฟอร์ริกคลอไรด์ 10% (FeCl₃) และกรดไฮโดรคลอริก (HCl) 5% ที่ 60 องศา สารละลายนี้มีการออกซิไดซ์สูงเนื่องจาก Fe³⁺ ซึ่งช่วยรักษาฟิล์มพาสซีฟของไทเทเนียมไว้ภายใต้สภาวะที่แช่อยู่จนสุด อย่างไรก็ตาม กลไกความล้มเหลวเฉพาะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานไอของของเหลว- ซึ่งเป็นบริเวณที่ท่อทำความร้อนผ่านพื้นผิวของสารละลาย ในระหว่างการให้บริการเป็นระยะๆ (รอบการให้ความร้อนโดยมีช่วงระบายความร้อน) อินเทอร์เฟซจะพบกับการหมุนเวียนแบบแห้ง- ซึ่งจะรวมเกลือคลอไรด์ไว้บนพื้นผิวไทเทเนียม การรวมกันของคลอไรด์เข้มข้น ออกซิเจนจากการสัมผัสอากาศ และการหมุนเวียนด้วยความร้อนทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าสภาวะที่จมอยู่ใต้น้ำทั้งหมด อัตราการเกิดหลุมที่ส่วนต่อประสานสูงกว่าในสารละลายปริมาณมาก 5–10 เท่า การกำหนดความหนาของผนังขั้นต่ำที่ให้บริการเป็นระยะๆ 3000 ชั่วโมงโดยไม่มีการเจาะที่ส่วนต่อประสาน จำเป็นต้องเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยความเข้มข้นของคลอไรด์และอัตราการแพร่กระจายของรูพรุน
**กลไกของของเหลว-การเจาะทะลุส่วนต่อประสานไอ**
ที่ส่วนต่อประสานไอของของเหลว- ฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียมจะผ่านวงจรซ้ำหลายครั้ง เมื่อแช่ในน้ำ สารละลาย FeCl₃/HCl จะรักษาฟิล์ม TiO₂ ที่เสถียรไว้ เมื่อสัมผัสกับไอในระหว่างรอบปิด-หรือเมื่อระดับของสารละลายลดลง ฟิล์มของเหลวบางๆ จะระเหยไป โดยมีเฟอร์ริกคลอไรด์และกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นบนพื้นผิวไทเทเนียม น้ำเกลือเข้มข้นจะช่วยลดค่า pH ในท้องถิ่นและเพิ่มกิจกรรมของคลอไรด์ได้ 10–20 เท่า เมื่อแช่อีกครั้ง- เกลือเข้มข้นจะละลายอย่างรวดเร็ว แต่ฟิล์มเฉื่อยอาจถูกทำลายลง วงจรซ้ำๆ นำไปสู่การเริ่มต้นแบบรูพรุนเฉพาะที่ เมื่อหลุมเกิดนิวเคลียส เคมีที่จำกัดภายในหลุมจะหมด Fe³⁺ (ตัวออกซิไดเซอร์ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา) และเสริมด้วย Cl⁻ เพื่อป้องกันการกลับเป็นซ้ำ หลุมแพร่กระจายผ่านความหนาของผนัง สำหรับผนัง 0.8 มม. หลุมที่มีความลึก 0.6 มม. ทำให้เกิดการเจาะภายใต้แรงดันภายใน สำหรับผนังขนาด 1.2 มม. หลุมเดียวกันจะต้องลึกลงไปอีก และเนื่องจากการขยายพันธุ์ของหลุมจะเร่งตามความลึก วัสดุเพิ่มเติมจึงทำให้อายุยืนยาวได้ไม่สมส่วน
**การขยายพันธุ์แบบบ่อเชิงปริมาณที่อินเทอร์เฟซ**
การทดสอบที่ควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 2 (OD 12 มม. ผนังมีความหนาต่างกัน) แช่ใน 10% FeCl₃, 5% HCl ที่ 60 องศา โดยมีสภาวะแห้งแบบไซคลิก{5}} (แช่ 8 ชั่วโมง, สัมผัสกับไอ 16 ชั่วโมง, ทำซ้ำ) รายงานพฤติกรรมการเกิดรูพรุนต่อไปนี้ที่ส่วนต่อประสานไอของของเหลว-:
| ความหนาของผนัง (มม.)|ปัจจัยความเข้มข้นของคลอไรด์ที่อินเทอร์เฟซ|เวลาในการเริ่มต้นหลุม (ชั่วโมง)|อัตราการขยายพันธุ์ในหลุมหลังการเริ่มต้น (มม. ต่อ 1,000 ชั่วโมง)|ระยะเวลาถึงการเจาะ (ชั่วโมง)|อายุการใช้งานทั้งหมด (ชั่วโมง)|ปลอดภัยนาน 3000 ชม.? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0.5|15 – 20×|150 – 250|0.45 – 0.65|600 – 900|750 – 1,150|ไม่ |
| 0.6|15 – 20×|180 – 300|0.40 – 0.55|750 – 1,100|930 – 1,400|ไม่ |
| 0.7|15 – 20×|200 – 350|0.35 – 0.50|900 – 1,300|1,100 – 1,650|ไม่ |
| 0.8|15 – 20×|220 – 400|0.30 – 0.45|1,100 – 1,600|1,320 – 2,000|ไม่ |
| 0.9|15 – 20×|250 – 450|0.25 – 0.38|1,300 – 1,900|1,550 – 2,350|ไม่ |
| 1.0|15 – 20×|280 – 500|0.20 – 0.32|1,600 – 2,300|1,880 – 2,800|ชายขอบ |
| 1.2|15 – 20×|320 – 550|0.15 – 0.25|2,100 – 3,000|2,420 – 3,550|ใช่ (เกณฑ์) |
| 1.5|15 – 20×|380 – 600|0.10 – 0.18|3,000 – 4,500|3,380 – 5,100|ใช่ (ปลอดภัย) |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าผนัง 1.2 มม. มีอายุการใช้งานเฉลี่ยประมาณ 3,000 ชั่วโมง ในขณะที่ผนัง 0.8 มม. ใช้งานไม่ได้ที่ประมาณ 1,650 ชั่วโมง – ความแตกต่าง 1.8× ผนัง 1.2 มม. บรรลุเป้าหมาย 3000 ชั่วโมง ในขณะที่ 0.8 มม. ถือว่าสั้นมาก
**เหตุใดอินเทอร์เฟซจึงรุนแรงกว่าโซลูชันแบบกลุ่ม**
ปัจจัยความเข้มข้นของคลอไรด์ 15–20× ที่ส่วนต่อประสานเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเกิดรูพรุนแบบเร่ง ใน 10% FeCl₃, 5% HCl ความเข้มข้นของคลอไรด์เป็นกลุ่มจะอยู่ที่ประมาณ 6–8% (1.7–2.2 M) ที่ส่วนต่อประสานระหว่างรอบการอบแห้ง ความเข้มข้นของคลอไรด์สามารถสูงถึง 10–15 M ที่ความเข้มข้นเหล่านี้ ฟิล์มพาสซีฟบนไทเทเนียมเกรด 2 จะไม่เสถียร และศักยภาพในการเกิดรูพรุนจะเปลี่ยนเป็นค่าที่ต่ำกว่าศักยภาพในการกัดกร่อน นอกจากนี้ ออกซิเจนจากการสัมผัสกับอากาศในระหว่างรอบการทำให้แห้งจะเติมสารทำปฏิกิริยาแบบแคโทดอีกครั้ง โดยรักษากระแสการกัดกร่อนที่สูงไว้ การรวมกันของคลอไรด์เข้มข้น การสัมผัสกับอากาศ และการหมุนเวียนด้วยความร้อนทำให้ส่วนต่อประสานมีความก้าวร้าวมากกว่าสารละลายเทกอง 5-10 เท่า
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: ความหนาของผนังสำหรับ E-เครื่องทำความร้อนเพื่อการนำขยะกลับมาใช้ใหม่**
| สภาพการใช้งาน|ความถี่รอบการเชื่อมต่อ|ความหนาของผนังที่แนะนำ (มม.)|อายุการใช้งานอินเทอร์เฟซที่คาดหวัง (ชั่วโมง)|เหตุผลทางวิศวกรรม |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| บริการไม่ต่อเนื่องมาตรฐานแคมเปญ 3000 ชั่วโมง|เปิด 8 ชม. / ปิด 16 ชม.|1.2|2,400 – 3,500|บรรลุเป้าหมาย 3000 ชั่วโมงที่ค่ามัธยฐาน |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5,000|ไม่มีการโจมตีส่วนต่อประสานหาก |
| ปั่นจักรยานบ่อยๆ (เปลี่ยนระดับรายชั่วโมง)|เปิด 1 ชม. / ปิด 1 ชม.|1.5|3,000 – 4,500|การปั่นจักรยานแบบดุดันยิ่งขึ้นต้องใช้กำแพงที่หนาขึ้น |
| Extended campaign (>5,000 ชั่วโมง)|เปิด 8 ชม. / ปิด 16 ชม.|1.5|3,500 – 5,000|การออกแบบอนุรักษ์นิยมเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด |
| การดำเนินงานระยะสั้น- (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| โซนอินเทอร์เฟซป้องกันด้วยการเคลือบ PTFE|เปิด 8 ชม. / ปิด 16 ชม.|0.7 – 0.8|3,000 – 5,000|การเคลือบช่วยลดปัญหาวงจรแห้ง-แบบเปียก |
**มาตรการเสริมเพื่อลดการโจมตีอินเทอร์เฟซ**
มาตรการสามประการช่วยลดการเกิดรูพรุนที่ส่วนต่อประสานโดยไม่เพิ่มความหนาของผนัง ขั้นแรก ให้รักษาระดับสารละลายให้คงที่โดยใช้ตัวควบคุมระดับที่ช่วยให้เครื่องทำความร้อนจมอยู่ตลอดเวลา ซึ่งจะช่วยขจัดวงจรแบบเปียก-แบบแห้งโดยสิ้นเชิง ประการที่สอง ใช้การเคลือบ PTFE กับโซนส่วนต่อประสาน (ส่วน 50 มม. ที่แนวของเหลว) การเคลือบป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างเกลือเข้มข้นและพื้นผิวไทเทเนียม ช่วยขจัดการเกิดรูพรุนของส่วนต่อประสานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประการที่สาม สำหรับระบบเกรด 2 ให้อัพเกรดเป็นไทเทเนียมเกรด 7 (0.15% Pd) ที่ความหนาของผนังเท่ากัน แพลเลเดียมให้การดัดแปลงแบบแคโทดิกที่จะเปลี่ยนศักยภาพของการเจาะไปสู่ค่าที่สูงส่งมากขึ้น ซึ่งช่วยยืดอายุของอินเทอร์เฟซได้ 2–3 เท่า ท่อเกรด 7 ที่มีผนัง 0.8 มม. ให้อายุการใช้งานเทียบเท่ากับท่อเกรด 2 ที่มีผนัง 1.2 มม.
**บทสรุป**
สำหรับท่อความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 ในเฟอร์ริกคลอไรด์ 10%, สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 5% ที่ 60 องศาสำหรับการนำโลหะมีค่ากลับมาใช้ใหม่จากขยะอี- จำเป็นต้องมีความหนาของผนังขั้นต่ำ 1.2 มม. เพื่อให้บริการเป็นระยะๆ 3000 ชั่วโมงโดยไม่มีการเจาะที่ส่วนต่อประสานไอของของเหลว- อินเทอร์เฟซจะมีปัจจัยความเข้มข้นของคลอไรด์อยู่ที่ 15–20× เนื่องจากการหมุนเวียนแบบเปียก-แบบแห้ง ทำให้เกิดอัตราการเกิดรูพรุนสูงกว่าสารละลายปริมาณมาก 5–10 เท่า ผนัง 0.8 มม. จะพังภายใน 1650–2000 ชั่วโมง ในขณะที่ 1.2 มม. ให้อายุการใช้งานเฉลี่ย 3000 ชั่วโมง วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับ-การนำขยะกลับมาใช้ใหม่ควรเลือก 1.2 มม. เป็นขั้นต่ำสำหรับบริการมาตรฐานเป็นระยะๆ ใช้การควบคุมระดับหรือการเคลือบ PTFE เพื่อกำจัดการโจมตีของอินเทอร์เฟซ หรือพิจารณาไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับผนังที่บางกว่าและมีอายุการใช้งานเท่ากัน ข้อกำหนดความหนาของผนังนี้ป้องกันโหมดความล้มเหลวที่โดดเด่นในการดำเนินการนำกรดคลอรีนกลับมาใช้ใหม่
