Problem ponedeljka ujutro
Linije za tvrdo hromiranje zatvorene su od petka navečer do ponedjeljka ujutro. Para do izmjenjivača topline je izolirana. Kupka se hladi sa 55 stepeni na temperaturu okoline tokom 12-16 sati. Na približno 38-40 stepeni, kristali hromne kiseline počinju da se talože iz 250-400 g/L elektrolita. Do ponedjeljka ujutro unutrašnjost rezervoara - uključujući izmjenjivač topline - je obložena narandžasto-crvenim kristalnim naslagama.
Za metalne izmjenjivače topline ovaj ciklus kristalizacije stvara dva problema. Rastući kristali vrše pritisak ekspanzije unutar površinskih mikro-pukotina, šireći ih u mjesta iniciranja korozije. Kada se para vrati u ponedjeljak, brzo ponovno zagrijavanje uzrokuje da se kristali neravnomjerno otapaju, ostavljajući za sobom kemijski izmijenjene površinske zone gdje je pasivni film ugrožen.
Za PTFE izmjenjivače topline, događaj kristalizacije je mehanički i kemijski beznačajan. Jedinstvena kombinacija niske površinske energije, visoke toplinske ekspanzije i potpune hemijske inertnosti pretvara ono što je mehanizam oštećenja metala u ne-događaj za fluoropolimere.
The Crystal Adhesion Gap
Kristali se prianjaju na površine kroz dva mehanizma: hemijsko vezivanje i mehaničko spajanje. Metalne površine učestvuju u oba slučaja.
Površine metalnih oksida sadrže hidroksilne grupe koje formiraju vodikove veze sa molekulima hromne kiseline tokom kristalizacije. Veza je slaba pojedinačno, ali jaka zajedno na hiljadama kristalnih-površinskih kontaktnih tačaka. Kada se kristali otapaju pri ponovnom zagrijavanju, lokalizirane promjene kemije površine ostaju tamo gdje je došlo do vezivanja.
Metalne površine također razvijaju mikro-hrapavost od korozije tokom normalnog rada. Kristali hromne kiseline rastu u ove površinske defekte, stvarajući mehanički ključ koji zaključava kristal za metal. Sila ekspanzije klinova rasta kristala otvara mikro-pukotinu, doprinoseći progresivnoj degradaciji površine uočenoj na metalnim zavojnicama nakon ponovljenih ciklusa isključivanja.
PTFE ne predstavlja nijedan mehanizam vezivanja. Površina ugljika-fluora ne nudi hidroksilne grupe za vodoničnu vezu. Površinska energija od 18-20 mN/m je među najnižim od svih inženjerskih materijala. Kristali se mogu gravitacijom taložiti na površinu, ali se ne prianjaju. Kada se kupka ponovo zagrije i počne miješanje, kristali se odvajaju od PTFE i ponovo se otapaju u elektrolitu.
Tabela 1: Poređenje oštećenja od kristalizacije tokom vikend isključenja (48-satno hlađenje od 55 stepeni do 20 stepeni)
| Parametar | Namotaj od nerđajućeg čelika | Titanium Coil | PTFE izmjenjivač topline |
|---|---|---|---|
| Snaga prianjanja kristala (relativna) | 1.0 (osnovna linija) | 0.7 | < 0.05 |
| Degradacija površine po ciklusu isključivanja | Mikro{0}}razmnožavanje iz kristalnog klina | Pasivno stanjivanje filma na kontaktnim tačkama kristala | Nema |
| Obavezna procedura u ponedjeljak ujutro | Postepeno ponovno zagrijavanje kako bi se izbjeglo lomljenje toplotnog udara | Postupno zagrijavanje; pregledati ima li udubljenja | Odmah punom parom; nema ograničenja |
| Kumulativna šteta nakon 50 isključenja | Izmjerljivo stanjivanje stijenke u kontaktnim zonama kristala | Vidljiva mjesta inicijacije udubljenja | Nema mjerljive promjene |
| Kontaminacija kupke od kristalnih{0}}površinskih reakcija | Oslobođeni joni gvožđa i hroma | Otpušteni joni titana | Nema |
Termalna ekspanzija Accommodation
Ciklus ponovnog zagrijavanja u ponedjeljak ujutro dovodi do termičke ekspanzije na izmjenjivaču topline. Metalni namotaji se šire na 15-18 × 10⁻⁶/ stepen. Kruta konstrukcija, često zavarena na nosačima i spojevima, razvija toplinsko naprezanje jer se ograničeni dijelovi odupiru širenju. Kristali u kontaktu s metalnom površinom koja se širi se drobe i sijeku, ali se mehanička oštećenja već degradiranog pasivnog filma akumuliraju.
PTFE se širi pri približno 120 × 10⁻⁶/ stepen -približno sedam puta više od nehrđajućeg čelika. PTFE cijev od 3 metra raste za skoro 13 mm kada se zagrije od 20 do 55 stepeni. Pravilno dizajnirani PTFE izmjenjivači topline prilagođavaju ovu ekspanziju kroz fleksibilne sisteme potpore i petlje za proširenje. Površina cijevi se slobodno širi, a svi labavo odloženi kristali se jednostavno odvajaju kako se geometrija cijevi mijenja.
Viskoelastična priroda materijala pruža dodatnu prednost. Brzo ponovno zagrijavanje koje bi stvorilo naprezanje termičkog šoka u krutim metalima apsorbira se pokretljivošću molekularnog lanca PTFE-a. Ne postoji rizik od krtog loma, nema potrebe za postepenim povećanjem temperature i nema odlaganja operacije u ponedjeljak ujutro.
Zapažanja na terenu iz Chrome linije Job Shop-a
Radnja od tvrdog hroma koja radi sa pet rezervoara od 6.000 litara uporedila je stanje grejača nakon 24 meseca identičnih ciklusa gašenja tokom vikenda. Dva rezervoara su zadržala titanijumske zavojnice. Tri rezervoara su pretvorena u PTFE izmenjivače toplote.
