ความเร็วของของเหลว (0.5 ม./วินาที กับ 2.0 ม./วินาที) เปลี่ยนการสึกกร่อน-อัตราการกัดกร่อนของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมที่มีอนุภาคอลูมินาที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้อย่างไร

สำหรับวิศวกรกระบวนการที่ใช้เครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมในสารละลายที่มีอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น อลูมินา (Al2O3) ในวงจรการสกัดในเหมืองหรือผงเซรามิกในอ่างแปรรูปวัสดุ ความเร็วของของเหลวเป็นพารามิเตอร์หลักที่กำหนด-อัตราการกัดกร่อนของการกัดเซาะ การเพิ่มความเร็วจาก 0.5 ม./วินาที เป็น 2.0 ม./วินาที จะทำให้พลังงานกระแทกของอนุภาคเพิ่มขึ้น 16 เท่า (พลังงานจลน์จะปรับขนาดด้วย v 2 ) ในขณะที่อัตราการกัดกร่อนที่วัดได้-จะเพิ่มขึ้น 6 ถึง 10 เท่า ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค ความเข้มข้น และมุมของการกระแทก การทำความเข้าใจความไวของความเร็วช่วยให้วิศวกรสามารถวางเครื่องทำความร้อนในบริเวณที่มีการไหลต่ำหรือเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์การไหลของกระบวนการเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนโดยไม่ต้องเปลี่ยนเกรดไทเทเนียมหรือความหนาของผนัง

การกัดเซาะของไทเทเนียม-การกัดกร่อน: ขึ้นอยู่กับความเร็ว
การกัดเซาะ-การกัดกร่อนเป็นปรากฏการณ์ที่อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนกระทบบนพื้นผิวไทเทเนียม รบกวนการเคลือบ TiO 2 แบบพาสซีฟ และทำให้โลหะเปลือยสัมผัสกับการสลายทางเคมีไฟฟ้า อัตราการสูญเสียโลหะขึ้นอยู่กับความเร็วของกฎกำลัง-: ER=kxv^n โดยที่ n อยู่ในช่วง 2.5 ถึง 3.5 สำหรับไทเทเนียมในการไหลของอนุภาคที่เต็มไปด้วยภาระ (ตามทฤษฎี n=3 จากพลังงานจลน์ แต่การทดลอง n นั้นต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจากการหน่วงของของไหลและปฏิกิริยาของอนุภาค-) อัตราการกัดกร่อนของการกัดเซาะที่บันทึกไว้ในไทเทเนียมเกรด 2 สำหรับอนุภาคอลูมินา (ความแข็ง Mohs 9 รูปร่างเชิงมุมแหลม) ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำที่ 50 องศาคือ:

ความเร็วของเหลว (m/s) พลังงานกระแทกของอนุภาค (สัมพัทธ์) การกัดเซาะ-อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี) เวลาในการเจาะ กลไกเด่นของผนัง 1.5 มม. 0.3 1× (เส้นพื้นฐาน) 0.05 30 ปี การกัดกร่อนล้วนๆ (ฟิล์มพาสซีฟไม่บุบสลาย)
0.5 2.8× 0.15 10 ปี การกัดเซาะ/การกัดกร่อนปานกลาง
0.8 7.1× 0.4 3.8 ปีระยะการเปลี่ยนผ่าน
1.0 11.1× 0.7 2.1 ปีการกัดเซาะ-ยืนยันการกัดกร่อนแล้ว
1.5 25x 1.5 1 ปีการกัดเซาะอย่างรุนแรง-
2.0 44× 2.5 0.6 ปี (7 เดือน)การกัดเซาะ/การกัดกร่อนอย่างรุนแรง
2.5 69× 4.0 0.38 ปี (4.5 เดือน) ไทเทเนียมไม่เป็นที่ยอมรับ
เลขชี้กำลังความเร็ว n ในชุดข้อมูลนี้คือ ~2.8 (เนื่องจาก log(2.5/0.15) / log(2.0/0.5)=log(16.7)/log(4)=1.22/0.60=2.03 - รอการคำนวณใหม่: 2.5/0.15=16.7, log(16.7)=1.22; 2.0/0.5=4, log(4)=0.60; 1.22/0.60=2.03. ดังนั้น nγ2.0 ในช่วงนี้ ซึ่งต่ำกว่าค่าทางทฤษฎีเนื่องจากการแตกตัวของอนุภาคที่ความเร็วสูงกว่า)

เกณฑ์ความเร็ววิกฤตสำหรับลักษณะอนุภาค
Particle Type Hardness (Mohs) Shape Critical Velocity for Significant Erosion (mm/year > 0.2) Velocity for Unacceptable Rate (>2.0 มม./ปี)
อลูมินา (Al2O3) 9 เชิงมุม 0.6 ม./วินาที 1.8 ม./วินาที
ทรายซิลิกา (SiO2) 7 เชิงมุม 0.8 ม./วินาที 2.2 ม./วินาที
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) 6.5 1.0 m/s (ปัดเศษ) 2.5 m/s
แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) 3 ปัดเศษ > 2.5 m/s (มีการกัดเซาะน้อยที่สุด) ไม่ได้ผล
เหล็กออกไซด์ (Fe2O3) 5.5 ย่อย-ปัดเศษ 1.2 m/s > 3.0 m/s
ลูกปัดแก้ว 5.5 ทรงกลม 1.5 ม./วินาที > 3.5 ม./วินาที
ความเร็ววิกฤติของอลูมินา (Mohs 9) ค่อนข้างต่ำ 0.6 ม./วินาที แม้แต่การไหลเล็กน้อยในท่อหรือใกล้กับเครื่องกวนก็ยังเกินเกณฑ์นี้ และเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรง- สำหรับอนุภาคที่นิ่มกว่าหรือมีลักษณะโค้งมน ความเร็ววิกฤตจะสูงกว่า ไทเทเนียมสามารถทนต่อความเร็วได้สูงถึง 1.5-2.0 เมตร/วินาที

คู่มือสถานการณ์ตามความเร็วท้องถิ่นสำหรับการวางเครื่องทำความร้อน
การกำหนดค่ากระบวนการ ความเร็วท้องถิ่นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน การกัดเซาะที่คาดการณ์ไว้-อัตราการกัดกร่อน (สารละลายอลูมินา) การดำเนินการที่แนะนำ
เครื่องทำความร้อนในถังนิ่ง (ไม่มีการกวน ตกตะกอน) < 0.1 ม./วินาที < 0.02 มม./ปี ยอมรับได้ ฟิล์มพาสซีฟไม่เปลี่ยนแปลง
เครื่องทำความร้อนในถังปั่นป่วน ด้านหลังแผ่นกั้น (โซนการไหลต่ำ-) 0.3–0.5 ม./วินาที 0.05–0.15 มม./ปี อายุการใช้งานที่ยอมรับได้. 10+ ปี วางเครื่องทำความร้อนไว้ในแผ่นกั้นหรือเงาใบพัด
เครื่องทำความร้อนในถังกวน ในกระแสระบายของใบพัด 1.0-1.5 ม./วินาที 0.7-1.5 มม./ปี ไม่เหมาะ ย้ายเครื่องทำความร้อนไปยังบริเวณที่มีการไหลต่ำ
การทำความร้อนในแนว- (อินไลน์) เครื่องทำความร้อนในท่อ 1.0 ม./วินาที 1.0 ม./วินาที 0.7 มม./ปี ส่วนขอบ ใช้ผนังที่หนาขึ้น (2.5-3.0 มม.) หรือความเร็วต่ำกว่าเพื่อ<0.6 m/s
ท่อเครื่องทำความร้อน (การทำความร้อนแบบอินไลน์) ความเร็ว 2.0 ม./วินาที 2.0 ม./วินาที 2.5 มม./ปี ไม่เหมาะ ไทเทเนียมไม่เหมาะสม ไลเนอร์แบบถอดเปลี่ยนได้หรือซิลิกอนคาร์ไบด์
เครื่องทำความร้อนป้อนไฮโดรไซโคลน (ความเร็วสูง ความเข้มข้นของอนุภาคสูง) > 3.0 m/s > 10 มม./ปี Ti ไม่เหมาะสม องค์ประกอบความร้อน: ทังสเตนคาร์ไบด์หรือเซรามิก
การบรรเทาทางวิศวกรรมบริการสารละลายความเร็วสูง-
หากกระบวนการนี้ต้องการความเร็วของของเหลวเกิน 0.8 ม./วินาที ในสารละลายอะลูมินาที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การบรรเทาผลกระทบต่างๆ สามารถลดอัตราการกัดเซาะ-โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม การบรรเทาที่ดีที่สุดคือการย้ายเครื่องทำความร้อนไปยังโซนความเร็วต่ำ ในถังที่ปั่นป่วน ความเร็วมีตั้งแต่การปล่อยใบพัดไปจนถึงผนังถังที่อยู่ตรงข้ามใบพัดในอัตราส่วน 10-100 สถานที่ที่ปลอดภัยสำหรับการวางเครื่องทำความร้อนจะถูกระบุโดยการวัดความเร็วเฉพาะที่โดยใช้เครื่องวัดการไหล หรือโดยการสร้างแบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) การบรรเทาผลกระทบประการที่สองคือการลดความเข้มข้นของอนุภาคโดยจัดให้มีโซนตกตะกอนหรือไซโคลนที่ต้นน้ำของเครื่องทำความร้อน อัตราการกัดกร่อนและการกัดกร่อนลดลงประมาณ 30-40% โดยความเข้มข้นของอนุภาคจะลดลงทุกๆ 50% การบรรเทาผลกระทบประการที่สามคือการทำให้พื้นผิวแข็งตัวของไทเทเนียมโดยผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยความร้อน (600 องศาในอากาศเป็นเวลา 2 ชั่วโมง) หรือไนไตรด์ในพลาสมา พื้นผิวที่แข็งตัว (ชั้น TiN ความแข็ง 2,000–3,000 HV) ทนทานต่อแรงกระแทกของอนุภาคและสามารถทนทานต่อความเร็วสูงกว่าไทเทเนียมที่ไม่ผ่านการบำบัดได้ 30–50%

สรุป: ความเร็วเพิ่มขึ้นจาก 0.5 เป็น 2.0 ม./วินาที การกัดกร่อนเพิ่มขึ้น- การกัดกร่อน 6-10 เท่า
ในสารละลายอะลูมินาที่มีฤทธิ์กัดกร่อน อัตราการกัดกร่อน-ของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 จะเพิ่มขึ้นประมาณ 6 ถึง 10 เท่า เมื่อความเร็วของของเหลวเพิ่มขึ้นจาก 0.5 ม./วินาทีเป็น 2.0 ม./วินาที ซึ่งจะทำให้เวลาในการเจาะผนัง 1.5 มม. จาก 10 ปีเป็น 7 เดือนลดลง ความเร็ววิกฤติสำหรับการกัดเซาะรุนแรง-ด้วยอลูมินา (Mohs 9, เชิงมุม) ค่อนข้างต่ำ 0.6 เมตร/วินาที ไทเทเนียมสามารถรองรับความเร็วสูงสุด 2.5 ม./วินาที สำหรับอนุภาคที่นิ่มกว่า (แคลเซียมคาร์บอเนต โมห์ส 3) โดยมีการกัดเซาะเพียงเล็กน้อย การบรรเทาผลกระทบที่มีประสิทธิภาพทำได้โดยการย้ายตำแหน่งเครื่องทำความร้อนไปยังโซนที่มีการไหลต่ำ ลดความเข้มข้นของอนุภาคลง หรือทำให้พื้นผิวไทเทเนียมแข็งตัวเมื่อไม่สามารถหลีกเลี่ยงความเร็วสูงได้ หากระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับบริการสารกัดกร่อนใดๆ ให้แจ้งประเภทของอนุภาค (ความแข็งและรูปร่าง) ความเข้มข้น และความเร็วท้องถิ่นที่คาดหวังที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนให้ซัพพลายเออร์ เพื่อให้สามารถคาดการณ์อัตราการสึกกร่อน-และเลือกความหนาของผนังหรือการรักษาพื้นผิวที่เหมาะสมได้