สำหรับท่อเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมที่ใช้ในการอุ่นสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 40% ที่ 80 องศา เหตุใดไทเทเนียมเกรด 7 จึงเป็นที่นิยมมากกว่าเกรด 2 แม้จะมีความหนาของผนังเท่ากัน

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐาน-ในการเลือกเกรดไทเทเนียมสำหรับการบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ไทเทเนียมไม่เพียงแต่ทนทานต่อการกัดกร่อนในสารละลายที่เป็นน้ำส่วนใหญ่ได้ดีมากเท่านั้น แต่ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมในสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเข้มข้น เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ไทเทเนียมเกรด 2 (บริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์) จะสร้างฟิล์มป้องกันของไทเทเนียมไดออกไซด์ในสารละลายที่เป็นกลางและเป็นกรด แต่ฟิล์มออกไซด์จะละลายเพื่อสร้างโซเดียมไททาเนตที่ละลายได้ในสารกัดกร่อนเข้มข้นที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้นำไปสู่การทำให้ผอมบางอย่างสม่ำเสมอ และที่สำคัญกว่านั้นคือการดูดซึมไฮโดรเจนที่นำไปสู่การเปราะ ไทเทเนียม (Ti-0.15% Pd) เกรด 7 มีแพลเลเดียม ซึ่งเป็นโลหะมีค่า ซึ่งจะเปลี่ยนศักยภาพในการกัดกร่อนไปสู่บริเวณที่ไม่โต้ตอบ แม้ในสภาพแวดล้อมแบบรีดิวซ์หรือมีการกัดกร่อน การรวมแพลเลเดียมทำให้เกรด 7 สามารถสร้างฟิล์มพาสซีฟที่ทนทานใน NaOH 40% ที่ 80 องศา ในขณะที่เกรด 2 จะกัดกร่อนในอัตราที่ไม่พึงประสงค์ การวิเคราะห์นี้จะเปรียบเทียบสองเกรดที่มีความหนาของผนังเท่ากัน และเหตุใดจึงเลือกเกรด 7 แม้ว่าต้นทุนวัสดุจะสูงกว่าก็ตาม

"ปัญหาความสมบูรณ์ทางกล – การกัดกร่อนและการแตกตัวของไฮโดรเจนในสารกัดกร่อน"
ไทเทเนียมเกรด 2 มีอัตราการกัดกร่อน 0.1-0.3 มม. ต่อปีใน NaOH 40% ที่ 80 องศา ตามการทดสอบการแช่ต่อ ASTM G31 . สำหรับความหนาของผนังทั่วไป 1.2 มม. ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาการเจาะ 4-12 ปี ซึ่งถือว่าคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม สถานการณ์ความล้มเหลวที่ร้ายแรงที่สุดคือการแตกตัวของไฮโดรเจน ในกรณีกัดกร่อน ปฏิกิริยาการกัดกร่อนทำให้เกิดไฮโดรเจนอะตอม: Ti + 4OH⁻ → TiO₂ + 2H₂O + 4e⁻ (ขั้วบวก) 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ (แคโทด) ไฮโดรเจนอะตอมมิกกระจายเข้าไปในโครงตาข่ายไทเทเนียมและเกิดเป็นไทเทเนียมไฮไดรด์ที่เปราะ (TiH 2 ) ที่ขอบเขตเกรน ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 ใน NaOH 40% ที่ 80 องศา อัตราการดูดซึมไฮโดรเจนประมาณ 50-100 ppm/เดือน ไทเทเนียมความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่สูงกว่า 200-300 ppm จะเปราะและอาจเกิดการแตกร้าวภายใต้ความเครียดจากความร้อนหรือตกค้าง ความล้มเหลวของการเปราะนี้เกิดขึ้นก่อนที่ผนังจะบางลงมากและมักมีการกัดกร่อนที่มองเห็นได้เพียงเล็กน้อย ในเครื่องอุ่นโซดาไฟ ความล้มเหลวของสนามของท่อไทเทเนียมเกรด 2 จะเกิดขึ้นในรูปแบบของรอยแตกที่รอยเชื่อมหรือรัศมีโค้งงอ ภายใน 12-18 เดือน แต่ความหนาของผนังก็ใกล้เคียงกับของเดิม

ไทเทเนียมเกรด 7 ที่มีแพลเลเดียม 0.12 ถึง 0.25 เปอร์เซ็นต์ทำหน้าที่แตกต่างออกไป แพลเลเดียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทดสำหรับการรวมตัวกันใหม่ของอะตอมไฮโดรเจนให้เป็นโมเลกุล H 2 ซึ่งไม่ได้เข้าไปในโครงตาข่ายไทเทเนียม ศักยภาพในการกัดกร่อนของเกรด 7 ใน NaOH 40% ที่ 80 องศาอยู่ที่ประมาณ +0.2 V เทียบกับ SHE เมื่อเปรียบเทียบกับ -0.3 V สำหรับเกรด 2-a 500 mV เปลี่ยนเป็นช่วงพาสซีฟ อัตราการกัดกร่อนของเกรด 7 น้อยกว่า 0.01 มิลลิเมตร/ปี และการดูดซับไฮโดรเจนไม่สามารถตรวจพบได้ (<1 ppm/mo). A similar Grade 7 tube with a wall thickness of 1.2 mm has a service life of more than 10 years limited by mechanical considerations only, not by corrosion or embrittlement.

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อน: การถ่ายเทความร้อนเท่ากัน
ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมเกรด 2 และเกรด 7 มีความคล้ายคลึงกันมาก (17 W/m·K ที่ 80 องศา ) เนื่องจากการเติมแพลเลเดียมเพียง 0.15% อุณหภูมิพื้นผิวด้านนอกและอัตราการถ่ายเทความร้อนจะเท่ากันสำหรับความหนาของผนังและความหนาแน่นของพลังงานที่เท่ากัน ดังนั้นจึงไม่มีค่าใช้จ่ายด้านความร้อนในการเลือกเกรด 7 ข้อเสียที่สำคัญคือความแตกต่างของต้นทุนวัสดุ (เกรด 7 มีราคาแพงกว่าเกรด 2 ประมาณ 50-70%)

เมทริกซ์การเลือกเกรดบริการโซดาไฟ: การสังเคราะห์การแลกเปลี่ยน-
NaOH ความเข้มข้นและอุณหภูมิ อายุการใช้งานเกรด 2 (ผนัง 1.2 มม.) อายุการใช้งานเกรด 7 (ผนัง 1.2 มม.) เกรดที่แนะนำ เหตุผลทางวิศวกรรมหลัก
NaOH 20% 60 องศา > 10 ปี > 15 ปี เกรด 2 เกรด 2 เพียงพอแล้ว เกรด 7 เกินแล้ว-ระบุแล้ว
NaOH 30%, 70 องศา 3 – 5 ปี (การเปราะ) 10 ปี เกรด 7 เกรด 2 ล้มเหลวเนื่องจากการแตกตัวของไฮโดรเจนก่อนการเจาะด้วยการกัดกร่อน
40% NaOH, 80°C 1 to 2 years (embrittlement) >10 ปี ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 ไม่เหมาะ จำเป็นต้องเติมแพลเลเดียม
NaOH 50%, 90oC < 6 เดือน 5 – 8 ปี ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 แม้แต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ก็มีอายุการใช้งานสั้นลง ตรวจสอบวัสดุอื่น ๆ
NaOH 40% 80 องศา โดยมีคลอไรด์ (ปนเปื้อน) < 6 เดือน 3 – 5 ปี เกรด 7 + CP คลอไรด์เพิ่มรูพรุน อาจจำเป็นต้องใช้ CP
วิศวกรรมที่เหนือกว่าเกรด: สภาพพื้นผิวและการเชื่อม
ไทเทเนียมเกรด 7 จะทำงานตามที่คาดไว้ในหน้าที่กัดกร่อนหากพื้นผิวไม่มีการปนเปื้อนของเหล็ก เซลล์กัลวานิกที่เกิดจากอนุภาคเหล็กที่ฝังอยู่จะสร้างความเสียหายเฉพาะชั้นพาสซีฟ และทำให้เกิดรูพรุนแม้ในระดับ 7 ตามด้วยการแปรรูปด้วยการดองใน 10% HNO₃ + 2% HF เป็นเวลา 5 นาทีเพื่อขจัดคราบเหล็กที่พื้นผิวออก การเชื่อมเกรด 7 ปฏิบัติตามข้อควรระวังเช่นเดียวกับเกรด 2 (การป้องกันอาร์กอน ไม่มีการปนเปื้อน) และโลหะเชื่อมจะรักษาความต้านทานการกัดกร่อนได้คล้ายกับโลหะฐานเนื่องจากแพลเลเดียมยังคงอยู่ในสารละลาย การหลอมหลังการเชื่อมไม่จำเป็นสำหรับการบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แต่อาจใช้เพื่อบรรเทาความเครียดได้

สรุป: โซดาไฟที่หนาขึ้นเรียกร้องให้เกรด 7 แม้ที่ความหนาของผนังเท่ากัน
ไทเทเนียมเกรด 7 เป็นที่นิยมมากกว่าไทเทเนียมเกรด 2 อย่างมากสำหรับท่อทำความร้อนไทเทเนียมที่ให้ความร้อนโซเดียมไฮดรอกไซด์ 40% ที่ 80 องศา แม้ว่าทั้งสองอย่างจะระบุไว้ที่ความหนาของผนังเท่ากันก็ตาม ระดับ 2 ล้มเหลวเนื่องจากการแตกตัวของไฮโดรเจนหลังจาก 1-2 ปีเนื่องจากการดูดซับไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาการกัดกร่อนแบบกัดกร่อน ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ยังคงอยู่เฉยๆ และต้านทานการดูดซึมไฮโดรเจนมานานกว่า 10 ปี การมีอยู่ของแพลเลเดียม 0.15% จะเปลี่ยนศักยภาพในการกัดกร่อนในบริเวณที่ไม่โต้ตอบ ลดอัตราการกัดกร่อนลง 30 เท่า และป้องกันการดูดซึมไฮโดรเจน สำหรับประสิทธิภาพการระบายความร้อนทั้งสองประเภทนี้ไม่มีความแตกต่างกัน ต้นทุนวัสดุที่เพิ่มขึ้นของเกรด 7 นั้นได้รับการพิสูจน์ด้วยอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นอย่างมาก สำหรับบริการกัดกร่อนแบบเข้มข้น ให้ใช้เครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ที่มีความเข้มข้นของแพลเลเดียมที่บันทึกไว้ (0.12 ถึง 0.25%) และการดองหลังการผลิตเพื่อสร้างพื้นผิวที่สะอาดและไม่โต้ตอบ สำหรับการใช้งานนี้ ควรปฏิเสธเกรด 2 โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง