Ciklus onečišćenja u kiselim cink kupkama
Linije za kiselo pocinčavanje dijele univerzalnu glavobolju održavanja: zaprljavanje imerzijskog namotaja. Zavojnice za grijanje, obično od nehrđajućeg čelika, razvijaju tvrdi, prianjajući sloj kamenca koji progresivno smanjuje prijenos topline. Temperatura u kupatilu počinje opadati. Operateri povećavaju pritisak pare da bi kompenzirali. Na kraju je potrebno ukloniti zavojnicu radi mehaničkog ili hemijskog uklanjanja kamenca.
Ciklus se ponavlja svakih nekoliko mjeseci. Vrijeme proizvodnje se gubi tokom čišćenja. Hemijski troškovi se akumuliraju. Debljina stijenke zavojnice postupno erodira zbog ponovljenog uklanjanja kamenca kiseline. Osnovni problem nije samo formiranje kamenca-precipitacija željeznog hidroksida i kalcijum sulfata je hemijski neizbježna u kiselim cink elektrolitima-već uporno prianjanje kamenca na metalne površine.
Hemija skale adhezije
Kupke za kiselo pocinkovanje rade na pH 4,5-5,5 sa otopljenim gvožđem od rastvaranja radnog komada i kalcijumom tvrde vode od uvlačenja. Kako kupka stari, željezo željezo oksidira do željeznog hidroksida, koji se taloži kao želatinasta čvrsta supstanca. Kalcijum sulfat dostiže zasićenje i kristališe na zagrijanim površinama.
Na zavojnici od nerđajućeg čelika na temperaturi zida od 60-80 stepeni, ovi precipitati se lako stvaraju. Površina metalnog oksida pruža visokoenergetska mjesta za nukleaciju kristala. Van der Waalsove sile i elektrostatičko privlačenje vezuju čestice kamenca za metal. Jednom pričvršćen, sloj kamenca postaje deblji sa svakim radnim ciklusom.
Hemijsko uklanjanje kamenca inhibiranom hlorovodoničnom kiselinom otapa kamenac, ali i napada metal ispod. Svaki ciklus uklanjanja kamenca uklanja nekoliko mikrona nehrđajućeg čelika. Nakon godina cikličkog uklanjanja kamenca i uklanjanja kamenca, stanjivanje zidova dostiže tačku u kojoj je zamjena obavezna.
Tabela 1: Usporedba adhezije na površinama izmjenjivača topline u kiseloj cink kupki
| Površinski materijal | Površinska energija (mN/m) | Skala jačine prianjanja | Metoda čišćenja | Učestalost čišćenja |
|---|---|---|---|---|
| SS 316L | 40-50 | Jaka | Kiselo uklanjanje kamenca | Svakih 8-12 sedmica |
| Titanijum | 35-45 | Umjereno | Kiselo uklanjanje kamenca | Svakih 10-14 sedmica |
| PTFE | 18-20 | Veoma slaba | Ispiranje vodom | 6-12 mjeseci |
Podaci o površinskoj energiji iz mjerenja kontaktnog ugla. Čvrstoća prionjivanja iz testova unakrsnog-traka na skaliranim uzorcima.
PTFE mehanizam protiv adhezije
PTFE ima najnižu površinsku energiju od svih inženjerskih čvrstih materijala. Kapljice vode se penju i kotrljaju umjesto da vlaže površinu. Precipitati koji formiraju kamenac nailaze na nekoliko visoko{3}}energijskih nukleacijskih mjesta.
Adhezija koja vezuje kamenac za metal se oslanja na mehaničko spajanje sa hrapavostom površine i hemijsko vezivanje sa metalnim oksidima. PTFE ne predstavlja ni jedno ni drugo. Površina fluoropolimera je molekularno glatka na skali relevantnoj za nukleaciju kristala. Ugljik-fluorove veze su hemijski zasićene, ne nude reaktivna mjesta za vezivanje sa hidroksidnim ili sulfatnim precipitatima.
Vaga koja se formira na PTFE-u je labavo pričvršćena. Normalno mešanje u kupatilu usled prskanja vazduha ili cirkulacije rastvora često je dovoljno da se otkloni kamenac koji se razvija pre nego što naraste do toplotno izolacione debljine. Kada je čišćenje eventualno potrebno, ispiranje vodom ili nježno brisanje uklanja naslage bez hemikalija.
Operativni uticaj smanjenog zagađivanja
Stabilan prijenos topline direktno se pretvara u stabilnu kontrolu temperature kade. PTFE zavojnica zadržava svoju projektnu U-vrijednost unutar uskog opsega tokom mjeseci rada. Operateri ne moraju progresivno povećavati pritisak pare da bi kompenzirali izolaciju kamenca.
Hemikalije za uklanjanje kamenca se eliminišu iz rutine održavanja. Ovo uklanja troškove nabavke hemikalija, odlaganje opasnog otpada i rizik od izloženosti radnika. Takođe eliminiše postepeno stanjivanje zidova koje na kraju uništava metalne zavojnice.
Kombinacija stabilnih termičkih performansi i minimalnog čišćenja produžava radni vijek proizvodnje. Kupke ostaju na zadanoj vrijednosti. Propusnost ostaje dosljedna. Rad na održavanju se preusmjerava s reaktivnog čišćenja namotaja na produktivne zadatke.
Podaci o terenu sa linije za pocinčavanje
Radna radionica za pocinčavanje zamenila je grejne spirale od nerđajućeg čelika u dve 8000-litarske kisele cink kupke sa PTFE izmenjivačima toplote. Zavojnice od nerđajućeg čelika u prosjeku su zahtijevale uklanjanje kamenca svakih 10 sedmica, pri čemu je svako čišćenje oduzimalo četiri sata vremena proizvodnje i stvaralo 200 litara otpadne kiseline.
Nakon 14 mjeseci rada PTFE, zavojnicama nije bilo potrebno hemijsko uklanjanje kamenca. Lagana površinska prašina željeznog hidroksida je obrisana tokom planirane godišnje inspekcije. Performanse prijenosa topline, mjerene potrošnjom pare u stacionarnom-radnom stanju, ostale su unutar 5% od-instalirane vrijednosti. Godišnji troškovi održavanja po rezervoaru smanjeni su za 4.800 dolara.
Rezime
Zaprljanje zavojnice od kiselog cinka je uzrokovano prianjanjem kamenca na visoko{0}}energetske metalne površine. Nerđajući čelik i titanijum zahtevaju često uklanjanje kamenca kiselinom koja progresivno oštećuje zavojnicu. PTFE izmjenjivači topline sprječavaju snažno prianjanje kamenca kroz nisku površinsku energiju i kemijsku inertnost.
Rezultat rada je stabilan prijenos topline bez progresivnog povećanja tlaka pare, eliminacija hemikalija za uklanjanje kamenca i njihovih povezanih troškova, te produženo vrijeme proizvodnje. PTFE kalemovi u servisu kiselog cinka rade mjesecima bez značajnog prljanja, prebacujući održavanje sa reaktivnog ciklusa na predvidljiv raspored inspekcija.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline u kupkama za pocinčavanje dostupna je nakon podnošenja zapremine rezervoara, radne temperature, trenutnih specifikacija zavojnice i dostupnog pritiska pare.
