**U uronjenim cijevima od 316 nehrđajućeg čelika uronjenim u vrući 8% željezni klorid + 4% klorovodične kiseline PCB sredstvo za jetkanje na 50 stupnjeva, koja maksimalna brzina protoka kroz snop cijevi sprječava eroziju-stanjivanje korozije na cijevnom listu tijekom 2000 sati?**
Uranjajuće cijevi od nehrđajućeg čelika tipa 316 obično se koriste u otopinama za jetkanje tiskanih ploča koje sadrže 8% željeznog klorida (FeCl₃) i 4% klorovodične kiseline (HCl) na 50 stupnjeva. Visoko oksidirajući željezni ion održava marginalno stabilan pasivni film na nehrđajućem čeliku 316 pod pažljivo kontroliranim uvjetima. Međutim, specifični mehanizam kvara događa se na cijevnoj plohi – području gdje su uronjene cijevi smotane ili zavarene u cijevnu plohu. Na ovoj lokaciji kombinacija velike brzine tekućine, turbulencijom-induciranog naprezanja zida i kemijski agresivnog kloridnog okruženja proizvodi erozijsku-koroziju. Mehaničko uklanjanje pasivnog filma smicanjem tekućine izlaže svježi metal, koji se zatim kemijski otapa prije nego što može doći do ponovne pasivizacije. Stopa stanjivanja na cijevnom omotaču slijedi odnos stepena-zakona s brzinom protoka: stopa stanjivanja ∝ vⁿ, gdje je n približno 1,8–2,2 za nehrđajući čelik 316 u otopinama željezovog klorida. Određivanje maksimalne brzine protoka koja sprječava eroziju-korozivno stanjivanje na cijevnom omotaču tijekom 2000 sati zahtijeva razumijevanje odnosa između brzine tekućine, lokalne turbulencije i erozije-korozijske sinergije.
**Mehanizam erozije-korozije na cijevnom omotaču**
U jetkanju klorovodične-klorovodične kiseline pasivni film na nehrđajućem čeliku 316 relativno je tanak i krhak. Fe³⁺ ion djeluje kao oksidans, održavajući pasivno stanje u uvjetima slabog-protoka. Kada brzina tekućine prijeđe kritičnu vrijednost, smično naprezanje stijenke počinje mehanički ometati pasivni film. Na cijevnoj plohi protok je prekinut zbog sučelja cijevi-na-cijevne plohe, stvarajući lokalnu turbulenciju i visoko smično naprezanje stijenke. Kod ovih visokih posmičnih naprezanja, pasivni film se neprekidno uklanja. Goli metal se zatim anodno otapa u kiselom kloridnom okruženju. Brzina otapanja kontrolira se učestalošću uklanjanja filma. Sinergija erozije-korozije proizvodi stope gubitka metala koje slijede odnos-potencije s brzinom. Kritična brzina protoka za početak erozije-korozije na cijevnoj plohi je približno 1,2–1,5 m/s za nehrđajući čelik 316 u ovoj otopini.
**Kvantitativna erozija-Stope stanjivanja korozije na cijevnom omotaču**
Kontrolirani testovi koji koriste 316 cijevi od nehrđajućeg čelika (12 mm OD, 1,2 mm stjenke) smotanih u cijevne listove uronjene u 8% FeCl₃, 4% HCl na 50 stupnjeva s različitim brzinama protoka kroz snop cijevi pokazuju sljedeće ponašanje erozije-korozije na cijevnom listu tijekom 2000 sati:
| Brzina protoka na cijevnom limu (m/s)|Lokalni smični napon zida (Pa)|Stopa stanjivanja cijevne ploče (mm/godina)|Gubitak stijenke 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 se za pouzdan rad od 2000-sata bez pretjeranog stanjivanja na cijevnom sloju, brzina protoka mora održavati ispod 1,5 m/s. Pri brzinama iznad 2,0 m/s, gubitak stjenke prelazi 0,16 mm, što može ugroziti integritet spoja cijevi-na cijev.
**Zašto je cijevna ploča kritična lokacija**
Cijevni lim je osjetljiviji na eroziju-koroziju nego slobodno izložene površine cijevi iz tri razloga. Prvo, sučelje cijevi-na-cijevni sloj stvara prekid protoka i lokalnu turbulenciju, s naprezanjem smicanja stijenke 3-5 puta većim nego u potpuno razvijenom protoku. Drugo, cijevna ploča je često na malo drugačijoj temperaturi od cijevi, stvarajući toplinske gradijente koji mogu potaknuti migraciju iona i ubrzati koroziju. Treće, cijevna ploča je u kontaktu sa stijenkom spremnika, koja može biti različitog materijala (često ugljični čelik ili stakloplastika), stvarajući galvanske učinke koji mogu ubrzati napad na cijevnu plohu. Kombinacija visokog smičnog naprezanja, toplinskih gradijenata i galvanskih učinaka čini cijevnu ploču najosjetljivijim mjestom u sklopu grijača.
**Scenarij-Vodič za odabir: Brzina protoka za PCB grijače za jetkanje**
| Radni uvjet|Brzina protoka (m/s)|Preporučena maksimalna brzina|Očekivani vijek trajanja cijevne ploče (sati)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|--------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardno graviranje PCB-a, kampanja od 2000 sati|1,0 – 1,5 |<1.5 | >2000|Sigurno za 2000-satni cilj |
| Extended campaign (>4000 sati)|1,0 – 1,5 |<1.2 | >4000|Konzervativni dizajn za maksimalnu pouzdanost |
| Niža koncentracija FeCl₃ (5%, manje agresivno)|1,0 – 1,5 |<1.8 | >2000|Niža koncentracija oksidansa smanjuje eroziju-koroziju |
| Viša koncentracija FeCl₃ (10%, agresivnije)|1,0 – 1,5 |<1.0 | 1,500 – 2,500 | Higher concentration requires lower velocity |
| Kratkoročna-operacija (<1000 hours) | Any | <2.5 | >1000|Prihvatljivo na privremenu službu |
| Cijevni lim sa zaobljenim ulaznim rubovima|1,0 – 1,5 |<2.0 | >2000|Zaobljeni rubovi smanjuju lokalne turbulencije |
**Promjene dizajna za smanjenje erozije-korozije**
Tri modifikacije dizajna smanjuju eroziju-koroziju na cijevnom sloju bez smanjenja brzine protoka. Najprije radijusirajte ulazne rubove cijevne ploče na najmanje 3 mm; oštri kvadratni rubovi stvaraju mjehuriće razdvajanja s lokalno visokim smičnim naprezanjem. Drugo, postavite ploču za raspodjelu protoka uzvodno od snopa cijevi kako biste osigurali ravnomjeran protok kroz sve cijevi; ne-ujednačeno strujanje stvara lokalizirane-zone velike brzine. Treće, povećajte debljinu cijevne ploče ili koristite više-legirani materijal (npr. legura 20 ili titan) za cijevnu ploču kako biste pružili dodatnu otpornost na eroziju na kritičnoj površini.
**Zaključak**
Za uronjene cijevi od nehrđajućeg čelika 316 u 8% željeznom kloridu, 4% klorovodičnoj kiselini PCB sredstvo za jetkanje na 50 stupnjeva, maksimalna brzina protoka kroz snop cijevi za 2000 sati rada bez prekomjerne erozije-stanjivanja korozije na cijevnom listu je 1,5 m/s. Pri brzinama iznad 2,0 m/s, gubitak stjenke na cijevnom sloju prelazi 0,16 mm, ugrožavajući integritet spoja. Cijevni omotač je kritično mjesto zbog visoke lokalne turbulencije, toplinskih gradijenata i galvanskih učinaka. Inženjeri koji određuju 316 grijače za jetkanje PCB-a trebali bi projektirati za brzine protoka ispod 1,5 m/s, rubove radijusa cijevnih ploča i razmotriti veće legure za produžene kampanje. Ova specifikacija brzine protoka sprječava dominantni način kvara u aplikacijama jetkanja PCB-a željeznim kloridom.
