Put kontaminacije niko ne prati
Precizna linija za pocinčavanje proizvodi konzistentne svijetle naslage mjesecima. Odjednom se pojavljuju dijelovi sa hidrofobnim mrljama, lošim prianjanjem i zamućenim svijetlim trakama. Analiza kupke pokazuje normalne koncentracije metala. Test organske kontaminacije otkriva mineralno ulje na 15 ppm{4}}znatno iznad praga od 5 ppm za dekorativne obloge. Izvor se ne nalazi u hemikalijama za oblaganje, niti u radnim komadima, niti u vodi za ispiranje. Izvor je parni sistem.
Kotao postrojenja koristi parni injektor za hemijski tretman. Neispravan injektor predozirao je filmski inhibitor korozije amina u paru. Hemikalija se s parom prenosi u izmjenjivač topline, kondenzira unutar cijevi i pronalazi put kroz mikroskopske korozivne jame u zidu zavojnice od nehrđajućeg čelika u kupku za oblaganje.
Ovaj put kontaminacije je nevidljiv za operatere. Pritisak pare ostaje stabilan. Normalnim praćenjem nije moguće otkriti curenje. Ipak, korozivne jame koje se razvijaju u svakom metalnom izmjenjivaču topline tijekom vremena stvaraju kapilarne puteve dovoljno velike da kroz njih prođu otopljeni organski sastojci, čak i kada su premali da propuštaju tekuću vodu mjerljivim brzinama.
Mehanizam transporta pinhola
Metalni izmjenjivači topline u parnom radu razvijaju korozijske jame na unutrašnjoj površini od otopljenog kisika, ugljičnog dioksida i kemikalija za obradu kotlovske vode. Čak i uz pravilan tretman kondenzata, decenija-stara spirala od nerđajućeg čelika sadrži hiljade mikroskopskih udubljenja.
Ove jame ne uzrokuju curenja koja se mogu otkriti tokom normalnog hidrostatičkog ispitivanja. Jama koja prodire 80% kroz debljinu zida ne propušta ništa. Jama koja prodire u 95% curi brzinom od mikrolitara dnevno-koja se ne može otkriti promjenom nivoa ili opadanjem pritiska u tipičnim industrijskim instrumentima.
Međutim, ove udubine u blizini-kroz-zid su otvorene kapilare na strani pare. Kada para nosi otopljene organske tvari-ulje iz klipnih parnih pumpi, hemikalije za obradu amina, isparljive inhibitore korozije-ova jedinjenja kondenziraju unutar jame. Gradijent koncentracije pokreće difuziju kroz preostalu tanku metalnu membranu u procesnu kupku.
Brzina transporta je minuta, ali je kontinuirana. Tokom nedelja rada, miligrami organske kontaminacije se akumuliraju u kadi. Pri 15 ppm u kadi od 8.000- litara, ukupna kontaminacija je 120 grama – količina koja se lako prenosi kapilarnom difuzijom tokom vremena zadržavanja kupke za oblaganje između deponija.
Tabela 1: Poređenje barijera unakrsne kontaminacije (ostarjeli izmjenjivači topline, 5 godina rada)
| Parametar kontaminacije | Nerđajući čelik 316L (5 godina) | Titanijum Grade 2 (5 godina) | PTFE (5 godina) |
|---|---|---|---|
| Stanje unutrašnje površine | bez koštica (100-500 koštica/cm²) | Umjereno pitting (20-50 jamica/cm²) | Glatko, nepromijenjeno |
| U blizini-kroz-gustoća jame u zidu | 5-20 jama po m² | 2-5 jama po m² | Zero |
| Put organske difuzije | Kapilarna difuzija kroz dno jame | Kapilarna difuzija | Nema (nula poroznosti) |
| Mjerljiva stopa organskog transfera | 5-20 mg/m²/dan (tipično) | 2-8 mg/m²/dan | 0 mg/m²/dan |
| Organska akumulacija za kupanje tokom 90 dana | 5-25 ppm (ovisno o površini zavojnice) | 2-10 ppm | 0 ppm |
| Integritet barijere nakon termičkog ciklusa | Pogoršava se (termički stres stvara jame) | Pogoršava se | Unchanged |
PTFE nepropusna barijera
PTFE nije-porozan na molekularnom nivou. Struktura fluoropolimera ne sadrži međusobno povezane praznine, nema granica zrna i nema kristalnih defekata koji formiraju kapilarne puteve. Čak i male organske molekule ne mogu prodreti kroz zid cijevi brzinom koja se može otkriti u industrijskim aplikacijama.
Brzina prodiranja mineralnog ulja kroz 1 mm PTFE na 143 stepena je efektivno nula. Molekularna veličina alkanskih lanaca u mineralnom ulju (C15-C40) je prevelika da prođe kroz elemente slobodnog volumena fluoropolimerne matrice. Inhibitori korozije amina, sa molekulskom težinom od 200-400 g/mol, na sličan način ne mogu prodrijeti.
Ova barijera ne ovisi o održavanju pasivnog filma ili izbjegavanju korozije. To je svojstveno materijalnoj strukturi. PTFE cijev koja je u parnoj upotrebi već deceniju ima istu otpornost na propusnost kao nova cijev. Nema forme jama. Ne razvijaju se kapilari. Barijera je trajna.
Hemijska kompatibilnost kotla
Nepropusna barijera pruža slobodu u izboru tretmana kotlovske vode. Metalni izmjenjivači topline ograničavaju hemiju kotla jer hemikalije za obradu koje dolaze u kontakt s unutrašnjom površinom zavojnice mogu biti nekompatibilne sa procesnom kupkom na vanjskoj strani. Filmski amin koji štiti čelične kotlovske cijevi može kontaminirati kupku za niklovanje ako migrira kroz defekte zavojnice.
PTFE izmjenjivači topline eliminiraju ovo ograničenje. Kotao se može tretirati bilo kojom hemijom koju kotao zahtijeva, neovisno o hemiji procesne kupke. PTFE zid potpuno izoluje dva okruženja. Procesni inženjer specificira hemiju kupke za performanse prevlake. Inženjer kotla određuje parnu hemiju za zaštitu kotla. Nijedna odluka ne ograničava drugu.
Potvrda na terenu iz objekta za dekorativne obloge
Postrojenje za dekorativno cink{0}}niklovanje doživjelo je četiri događaja organske kontaminacije tokom tri godine, od kojih je svaki bio povezan s promjenama u hemiji parnog sistema. Izmjenjivači topline od nehrđajućeg čelika su testirani pod pritiskom-nakon svakog događaja i nisu prošli-nema vidljivog curenja. Kontaminacija se pripisuje kapilarnom transportu kroz korozijske jame.
U objektu su zamijenjeni namotaji od nehrđajućeg čelika sa PTFE izmjenjivačima topline. U protekle četiri godine, nijedan događaj organske kontaminacije nije se dogodio uprkos dvije dodatne promjene kemijskog tretmana kotla tokom tog perioda. PTFE barijera je eliminisala put kontaminacije koji samo ispitivanje pritiska nije moglo otkriti.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline sprječavaju prijenos ulja i organskih zagađivača iz parnih sistema u procesne kupke tako što obezbjeđuju molekularno nepropusni zid cijevi koji ne razvija kapilarne puteve svojstvene korodiranim metalnim cijevima. Blizu-kroz-korozijske jame u metalnim kalemovima prenose organske molekule brzinom koja je premala da bi se otkrila normalnim ispitivanjem curenja, ali dovoljna da kontaminira osjetljive kupke za oplatu.
Trajni integritet barijere PTFE eliminiše ovaj put kontaminacije i razdvaja odluke o tretmanu kotlovske vode od zahteva za čistoćom procesne kupke. Kotao i kada se mogu nezavisno optimizirati bez rizika od unakrsne-kontaminacije.
Inženjerska analiza za naknadnu ugradnju PTFE izmjenjivača topline u operacijama nanošenja osjetljivih na kontaminaciju-dostupna je nakon dostavljanja trenutnog materijala zavojnice i starosti, hemije tretmana parnog sistema i bilo koje historije neobjašnjivih događaja organske kontaminacije.
