Zaboravljena zona korozije
Procesni rezervoari sadrže tri zone korozije: potpuno uronjenu zonu, parni prostor iznad tečnosti i zonu prskanja na interfejsu vazduh{0}}tečnost. Dizajn izmjenjivača topline se gotovo u potpunosti fokusira na uronjenu zonu-hemiju, temperaturu i uslove protoka procesnog fluida. Pretpostavlja se da je parni prostor dobroćudan. Nije.
Iznad vruće kisele kupke, zrak je zasićen kiselom maglom i vodenom parom. Kondenzacija na hladnijim površinama stvara koncentrisane kapljice kiseline. Kiseonika ima u izobilju-za razliku od uronjene zone, gdje je otopljeni kiseonik ograničen. Kombinacija visokog kisika, kondenzirajuće kiseline i fluktuirajuće temperature stvara okruženje koje je korozivnije od same kupke. Ne-uronjeni dijelovi izmjenjivača topline-cijevovodi za dovod pare, povratni vodovi kondenzata, potporni nosači i gornji dijelovi zavojnica za uranjanje-korodiraju izvana, dok uronjeni dijelovi ostaju netaknuti.
PTFE je imun na napad kiseline u parnoj{0}}fazi iz istog razloga zbog kojeg je imun na napad tečne-faze: veza ugljika-fluora ne može se oksidirati, hidrolizirati ili na drugi način reagirati s bilo kojom koncentracijom kiseline u tečnom ili parnom obliku.
Mehanizam parne{0}}fazne korozije na metalima
Nehrđajući čelik u parnoj zoni iznad kupke sa hlorovodoničnom ili sumpornom kiselinom korodira mehanizmom koji se fundamentalno razlikuje od korozije uranjanja. U kadi se metalna površina kontinuirano vlaži. Brzina korozije je ograničena difuzijom reaktanata kroz tekući film. U zoni pare, površina kruži između mokre i suhe kako se kondenzacija formira i isparava.
Tokom vlažne faze, kisela magla rastvorena u kondenzatu napada pasivni film. Koncentracija kiseline u kondenzatu može premašiti koncentraciju u kupelji jer voda prvenstveno isparava, ostavljajući za sobom koncentrirane kapljice kiseline. Tokom suhe faze, kiselinski ostatak kristalizira. Kristali su higroskopni-oni apsorbiraju vlagu iz zraka tokom sljedećeg vlažnog perioda, ponovo-formirajući koncentriranu kiselinu na kristalnoj{5}}metalnoj površini.
Mokro{0}}cikliranje na suhom i efekt koncentracije stvaraju lokalizirane stope korozije 2-5 puta veće od stope kontinuiranog potapanja. Zona prskanja, u kojoj kapljice tekućine uslijed miješanja ili kretanja obratka povremeno vlaže površinu, još je agresivnija. Zbog toga metalni grijači često prvi pokvare na sučelju zrak-tečnost.
| Parametar korozije parne zone | Nerđajući čelik 316L | Titanijum 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Brzina korozije u zoni pare u odnosu na uronjenu zonu | 2-5× | 1.5-3× | 1,0× (nula u oba) |
| Koncentracija kiseline kondenzata u odnosu na kupku | 1,2-2,0× (efekat isparavanja) | Isto | Nema efekta |
| Oštećenje pri vožnji biciklom po mokrom{0}}suhu | Teška (raspad pasivnog filma) | Umjereno | Nema |
| Napad na zonu prskanja | Ozbiljno | Umjereno | Nema |
| Stanje vanjske površine nakon 1 godine | Ispucao, zahrđao{0}} | Urezana, obezbojena | Unchanged |
| Zahtjev za zaštitnim premazom | Često potrebno (epoksid, omot) | Ponekad je potrebno | Nije potrebno |
Osnova PTFE imuniteta
PTFE se ne oslanja na pasivni film. Njegova otpornost na koroziju je svojstvena molekularnoj strukturi. Energija disocijacije ugljenik-fluorove veze od približno 485 kJ/mol premašuje energiju dostupnu iz bilo koje reakcije kondenzacije kiseline na temperaturama prisutnim u zoni pare (obično 30-70 stepeni). Molekuli kiseline, bilo u tečnim kapljicama ili u obliku pare, nailaze na površinu koja ne nudi put reakcije.
Hidrofobna priroda PTFE-a pruža dodatni zaštitni mehanizam. Kapljice kiseline kondenziraju se na površini umjesto da je vlaže. Oni se kotrljaju ili isparavaju kao diskretne kapljice umjesto da formiraju kontinuirani provodljivi film. Mokro{3}}suvo kretanje koje uništava metalne pasivne filmove ne utiče na PTFE jer nema filma za uništavanje.
Cijeli izmjenjivač topline{0}}uronjene cijevi, kolektori, vanjski spojevi cjevovoda i potporni okvir-mogu biti proizvedeni od PTFE ili odgovarajućih fluoropolimernih komponenti, pružajući potpunu otpornost kroz sve tri zone korozije.
Praktična posljedica za život grijača
Korozija u parnoj{0}}zoni metalnih grijača često određuje ukupni vijek trajanja. Zavojnica od titanijuma koja bi trajala 5 godina na osnovu stope korozije potapanjem može pokvariti za 2-3 godine zbog spoljašnje rupe na vodenoj liniji. Kvar je neočekivan jer se uronjeni delovi čine netaknutim tokom pregleda. Spoljašnji napad je skriven iznad nivoa tečnosti, vidljiv samo kada se rezervoar isprazni.
PTFE izmjenjivači nemaju skrivenu zonu kvara. Svaki dio izmjenjivača, uronjen ili izložen, ima istu hemijsku otpornost. Vijek trajanja je određen najzahtjevnijom zonom-uronjenim dijelom pod pritiskom pare-a ne zanemarenim vanjskim mehanizmom korozije.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline preživljavaju izlaganje miješanim kiselim parama iznad nivoa tečnosti jer se otpornost fluoropolimera na koroziju proteže podjednako na tečnu i parnu fazu. Za razliku od nerđajućeg čelika i titanijuma, koji trpe ubrzani spoljni napad usled kondenzacije kiseline i mokro-suvog ciklusa u zoni pare, PTFE je nepromenjen. Cijeli izmjenjivač-uronjen, pari-izložen i zona prskanja-dijeli istu hemijsku inertnost.
Eliminacija parne{0}}fazne korozije uklanja skriveni mehanizam kvara koji često određuje vijek trajanja metalnih grijača. PTFE izmjenjivači nemaju "zaboravljenu zonu" u kojoj vanjski napad može neočekivano skratiti vijek trajanja opreme.
Inženjerska podrška za specifikaciju PTFE izmjenjivača topline u okruženjima sa slabom ventilacijom ili agresivnom parom dostupna je nakon podnošenja kemijskih podataka u kupatilu, radne temperature, dizajna ventilacije rezervoara i bilo koje istorije vanjske korozije na postojećim grijačima.
