**Koja maksimalna brzina protoka kroz snop cijevi sprječava eroziju-koroziju koja se stanji na cijevnom listu tokom 2000 sati u 316 cijevi od nehrđajućeg čelika potopljenih u vrući 8% željeznog klorida + 4% hlorovodonične kiseline PCB za nagrizanje?**
Cijevi za uranjanje od nehrđajućeg čelika tipa 316 se obično koriste u otopinama za jetkanje štampanih ploča koje sadrže 8% željeznog hlorida (FeCl₃) i 4% hlorovodonične kiseline (HCl) na 50 stepeni. Visoko oksidirajući feri ion održava marginalno stabilan pasivni film na nehrđajućem čeliku 316 pod pažljivo kontroliranim uvjetima. Međutim, specifičan mehanizam kvara javlja se na cijevnom listu – u području gdje su uronjene cijevi valjane ili zavarene u cijev. Na ovoj lokaciji, kombinacija velike brzine fluida, turbulencija-indukovanog smicanja zida i hemijski agresivnog hloridnog okruženja proizvodi erozionu-koroziju. Mehaničko uklanjanje pasivnog filma tečnim smicanjem izlaže svježi metal, koji se zatim kemijski otapa prije nego što može doći do ponovne pasivacije. Brzina stanjivanja na cijevnom listu slijedi odnos stepena{12}} sa brzinom protoka: brzina stanjivanja ∝ vⁿ, gdje je n približno 1,8–2,2 za nehrđajući čelik 316 u otopinama željeznog klorida. Određivanje maksimalne brzine protoka koja sprečava eroziono-koroziono stanjivanje na cijevnom listu za 2000 sati zahtijeva razumijevanje odnosa između brzine fluida, lokalne turbulencije i sinergije erozije{19}}korozije.
**Mehanizam erozije-Korozija na cijevnom listu**
Kod nagrizanja sa željeznim kloridom-klorovodičnom kiselinom, pasivni film na nehrđajućem čeliku 316 je relativno tanak i krhak. Fe³⁺ jon djeluje kao oksidator, održavajući pasivno stanje u uslovima niskog -protoka. Kada brzina fluida prijeđe kritičnu vrijednost, napon na smicanje zida počinje mehanički narušavati pasivni film. Na cijevnom listu, protok je poremećen sučeljem između cijevi -na-, stvarajući lokalnu turbulenciju i veliko smično naprezanje zida. Kod ovih visokih smičnih naprezanja, pasivni film se kontinuirano uklanja. Goli metal se zatim anodno rastvara u kiseloj hloridnoj sredini. Brzina rastvaranja je kontrolirana učestalošću uklanjanja filma. Sinergija erozije{12}}korozije proizvodi stope gubitka metala koje prate odnos stepena{13}}sa brzinom. Kritična brzina protoka za iniciranje erozije{15}}korozije na cijevnom listu je približno 1,2-1,5 m/s za 316 nehrđajući čelik u ovom rješenju.
**Kvantitativna erozija-Stope stanjivanja korozije na cijevnom listu**
Kontrolirani testovi korištenjem 316 cijevi od nehrđajućeg čelika (12 mm OD, 1,2 mm stijenke) umotanih u cijevne listove uronjene u 8% FeCl₃, 4% HCl na 50 stepeni sa različitim brzinama protoka kroz snop cijevi pokazuju sljedeće erozijsko-0 ponašanje korozionog stanjivanja cijevi tokom 2 sati:
| Brzina protoka na cijevnom listu (m/s)|Lokalno smicanje na zidu (Pa)|Stopa razrjeđivanja u cijevnom listu (mm/godišnje)|Gubitak zida nakon 2000 sati (mm)|Preostali zid nakon 2000 sati (mm)|Sigurno 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|Da |
| 0,8 – 1,2|10 – 20|0,15 – 0,30|0,030 – 0,060|1,14 – 1,17|Da |
| 1,2 – 1,5|20 – 30|0,30 – 0,50|0,060 – 0,100|1.10 – 1.14|Da (prag) |
| 1,5 – 2,0|30 – 50|0,50 – 0,80|0,100 – 0,160|1.04 – 1.10|Marginalni |
| 2,0 – 2,5|50 – 70|0,80 – 1,20|0,160 – 0,240|0,96 – 1,04|Ne |
| 2,5 – 3,0|70 – 100|1,20 – 1,80|0,240 – 0,360|0,84 – 0,96|Ne |
| >3.0 | >100 | >1.80 | >0.360 | <0.84 | No |
Podaci pokazuju da za pouzdanu uslugu od 2000-sati bez pretjeranog stanjivanja na cijevnom listu, brzina protoka mora biti održavana ispod 1,5 m/s. Pri brzinama iznad 2,0 m/s, gubitak na zidu prelazi 0,16 mm, što može ugroziti integritet spoja između cijevi i lima.
**Zašto je cijev kritična lokacija**
List cijevi je podložniji erozijskoj-koroziji od slobodno izloženih površina cijevi iz tri razloga. Prvo, interfejs cijevi-na-cijevni list stvara poremećaj protoka i lokalnu turbulenciju, sa posmičnim naprezanjem zida 3-5 puta većim nego u potpuno razvijenom toku. Drugo, ploča cijevi je često na malo drugačijoj temperaturi od cijevi, stvarajući toplinske gradijente koji mogu pokrenuti migraciju jona i ubrzati koroziju. Treće, cijev je u kontaktu sa zidom rezervoara, koji može biti drugačiji materijal (često ugljični čelik ili fiberglas), stvarajući galvanske efekte koji mogu ubrzati napad na cijev cijevi. Kombinacija velikog naprezanja na smicanje, termičkih gradijenta i galvanskih efekata čini cijevnu ploču najranjivijom lokacijom u sklopu grijača.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju-: Brzina protoka za grijače za nagrizanje PCB-a**
| Radni uvjeti|Brzina protoka (m/s)|Preporučena maksimalna brzina|Očekivani vijek trajanja cijevi (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|--------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardni PCB graviranje, kampanja od 2000 sati|1,0 – 1,5 |<1.5 | >2000|Sigurno za cilj od 2000 sati |
| Extended campaign (>4000 sati)|1,0 – 1,5 |<1.2 | >4000|Konzervativni dizajn za maksimalnu pouzdanost |
| Niža koncentracija FeCl₃ (5%, manje agresivan)|1,0 – 1,5 |<1.8 | >2000|Niža koncentracija oksidatora smanjuje eroziju-koroziju |
| Veća koncentracija FeCl₃ (10%, agresivnija)|1,0 – 1,5 |<1.0 | 1,500 – 2,500 | Higher concentration requires lower velocity |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<1000 hours) | Any | <2.5 | >1000|Prihvatljivo za privremenu uslugu |
| List cijevi sa zaobljenim ulaznim rubovima|1,0 – 1,5 |<2.0 | >2000|Zaobljeni rubovi smanjuju lokalnu turbulenciju |
**Izmjene dizajna za smanjenje erozije-Korozije**
Tri modifikacije dizajna smanjuju erozionu{0}}koroziju na cijevnom listu bez smanjenja brzine protoka. Prvo, poluprečnik ulaznih ivica lista cevi na najmanje 3 mm; oštre četvrtaste ivice stvaraju mjehuriće za razdvajanje s lokalno visokim posmičnim naprezanjem. Drugo, instalirajte ploču za distribuciju protoka uzvodno od snopa cijevi kako biste osigurali ravnomjeran protok kroz sve cijevi; ne-ujednačeni tok stvara lokalizirane-zone velike brzine. Treće, povećajte debljinu cijevnog lima ili koristite viši- materijal od legure (npr. legura 20 ili titanij) za cijev cijevi kako biste osigurali dodatnu otpornost na eroziju na kritičnom interfejsu.
**Zaključak**
Za 316 uranjajućih cijevi od nehrđajućeg čelika u 8% željeznog klorida, 4% hlorovodonične kiseline za nagrizanje PCB-a na 50 stepeni, maksimalna brzina protoka kroz snop cijevi za 2000 sati rada bez prekomjerne erozije-korozionog stanjivanja na cijevnom listu je 1,5 m/s. Pri brzinama iznad 2,0 m/s, gubitak zida na cijevnom listu prelazi 0,16 mm, ugrožavajući integritet spoja. Cijevni list je kritična lokacija zbog visoke lokalne turbulencije, toplinskih gradijenta i galvanskih efekata. Inženjeri koji specificiraju 316 grijača za jetkanje PCB-a trebali bi dizajnirati za brzine protoka ispod 1,5 m/s, ivice cijevi cijevi radijusa i razmotriti veće legure za produžene kampanje. Ova specifikacija brzine protoka sprečava dominantni način kvara u aplikacijama jetkanja PCB-a sa željeznim hloridom.
