Problem grijača crnog oksida
Kupke za oblaganje crnog oksida rade na 135-145 stepeni sa hemijskom mešavinom natrijum hidroksida na 600-800 g/L, natrijum nitrata na 200-300 g/L i natrijum nitrita na 50-100 g/L. Rješenje nije samo alkalno – to je mješavina fuzionisane soli koja se približava konzistenciji rastopljenog kaustika. Na radnoj temperaturi, otopina napada gotovo sve metale. Nerđajući čelik se otapa u roku od nekoliko sati. Titanijum brzo korodira. Čak i legure sa visokim sadržajem nikla se bore.
Jedini metalni materijali sa korisnom otpornošću su nisko-ugljični čelik (koji stvara zaštitni magnetitni film) i određene legure s visokim{1}}kromom. Ali čak i oni imaju ograničen vijek trajanja od 6-18 mjeseci. Nitratni oksidans kontinuirano napada zaštitni film. Zavareni šavovi i toplotno zahvaćene zone prvenstveno korodiraju. Neuspjeh je ujednačenim stanjivanjem plus lokaliziranim pitingom.
PTFE je hemijski imun na ovo okruženje. Ugljični-Fluor je stabilan u vrućoj koncentrovanoj lužini i otporan na oksidaciju nitratom na temperaturama do 260 stepeni -znatno iznad radne temperature od 145 stepeni u kupatilima sa crnim oksidom.
Dvostruki mehanizam napada
Rastvori crnog oksida napadaju metale kroz dva istovremena mehanizma: kaustičko otapanje i oksidaciju nitrata. Koncentrirani natrijum hidroksid otapa pasivni oksidni film na većini metala. Nitrat oksidira izloženi osnovni metal. Dva mehanizma se međusobno pojačavaju.
Nisko-ugljični čelik preživljava stvaranjem magnetitnog (Fe₃O₄) filma koji je stabilan u vrućoj koncentriranoj kaustici. Ovo je isti film koji se formira na cijevima kotlova u parnim sistemima visokog{2}}pritiska. Međutim, nitrat u kadi sa crnim oksidom kontinuirano oksidira magnetit u ne-nezaštitni hematit (Fe₂O₃). Film se mora kontinuirano reformirati, trošeći obični metal u tom procesu. Rezultat je sporo, ali postojano stanjivanje zidova.
Zavareni šavovi sa svojom izmijenjenom mikrostrukturom i zaostalim naprezanjem stvaraju manje zaštitnih oksida. Oni korodiraju brže od osnovnog metala. Zavareni čelični grijač prvo pokvari na zavarenim spojevima-po istom uzorku koji se može vidjeti kod drugih agresivnih hemijskih usluga.
| Parametar korozije | Nisko{0}}Grijač od ugljičnog čelika | High-Chromium Alloy Heater | PTFE izmjenjivač topline |
|---|---|---|---|
| Zaštitni film | Fe₃O₄ (magnetit) | Cr₂O₃ (hrom) | Nije potrebno |
| Stabilnost filma u NaOH na 140 stepeni | Dobar (ali oksidiran nitratima) | Umjereno (napadnuto kaustikom) | N/A |
| Ujednačena brzina korozije (mm/god.) | 0.5-2.0 | 0.2-0.8 | 0 |
| Stopa korozije zone zavara (relativna) | 1,5-3,0× osnovni metal | 2,0-4,0× osnovni metal | N/A (bez zavara) |
| Očekivani vijek trajanja (mjeseci) | 6-12 | 12-18 | 60+ |
Prednost temperaturne margine
Radna temperatura kupki sa crnim oksidom od 135-145 stepeni je unutar mogućnosti PTFE (maksimalno 260 stepeni), ali premašuje praktične granice mnogih drugih fluoropolimera. PVDF je, na primjer, ograničen na približno 150 stupnjeva u zraku, ali značajno omekšava u vrućoj kaustici. FEP je ocijenjen na 204 stepena, ali ima nižu mehaničku čvrstoću od PTFE na povišenoj temperaturi.
PTFE održava korisna mehanička svojstva kroz cijeli radni opseg crnog oksida. Puzanje pod pritiskom pare na 145 stepeni se može upravljati odgovarajućom debljinom zida cevi i razmakom između nosača. Termička stabilnost materijala osigurava da nikakvi proizvodi raspadanja ne kontaminiraju kupku za premazivanje-što je kritično razmatranje za proces u kojem se vizuelno provjerava kvalitet završne obrade.
Termička margina takođe pruža sigurnost od poremećaja procesa. Ako regulator temperature pokvari i kada se pregrije na 160-170 stepeni prije nego što sigurnosni sistem interveniše, PTFE je neoštećen. PVDF ili FEP izmjenjivač može biti trajno deformiran ili oštećen takvim kretanjem.
Prednost čistoće kupke
Metalni grijači u kupkama od crnog oksida doprinose otopini otopljenih metalnih jona. Gvožđe iz čeličnih grejača i hrom iz grejača od legure suptilno menjaju hemiju premaza. Utjecaj na kvalitetu premaza se često pripisuje starenju kade, a ne grijaču. Postrojenja prihvataju postepeni pad performansi premaza kako kupka stari između deponija.
PTFE ne uvodi ione metala. Hemija kupatila se mijenja samo kroz predviđene hemijske reakcije procesa nanošenja premaza i povlače{1}} gubitke. Kvalitet premaza ostaje dosljedan tokom cijelog vijeka trajanja kupke. Eliminacija kontaminacije izazvane grijačom{4}} može produžiti vijek trajanja kupke ili smanjiti učestalost hemijskih podešavanja.
Rezime
Kupke sa premazom od crnog oksida uništavaju metalne grijače kroz kombinovano kaustičko otapanje i oksidaciju nitrata na 135-145 stepeni. PTFE izmjenjivači topline su hemijski imuni na oba mehanizma i održavaju mehanički integritet sa adekvatnom marginom ispod svoje maksimalne radne temperature od 260 stepeni. Eliminacija korozije grijača produžava vijek trajanja opreme preko 5 godina i sprječava kontaminaciju ionima metala u kupelji premaza.
Inženjerska podrška za specifikaciju PTFE izmjenjivača topline u crnom oksidu i drugim vrućim alkalnim oksidirajućim aplikacijama dostupna je nakon podnošenja podataka o kemiji kupke, radnoj temperaturi, dimenzijama spremnika i trenutnom radnom vijeku grijača.
