Lietteen kulumisongelma
Sekoitettu lietesäiliö mineraalien käsittelyssä, fosforihapon tuotannossa ja jäteveden käsittelyssä suspendoi hankaavia kiinteitä hiukkasia syövyttävissä nesteisiin. Tähän ympäristöön upotetut lämmönvaihdinputket kokevat jatkuvan hiukkasten törmäyksen. Jokainen hiukkasten törmäys poistaa mikroskooppisen määrän materiaalia putken pinnalta. Kuukausien ja vuosien aikana kumulatiivinen eroosio ohenee putken seinämää.
Alumiinioksidi-täytettyä PTFE-PTFE:tä, joka on sekoitettu 10-20 % alumiinioksidijauheella (Al₂O3)-, markkinoidaan kulutusta kestävänä vaihtoehtona alkuperäiselle PTFE:lle. Keraamiset täyteainehiukkaset, jotka ovat kovempia kuin PTFE-matriisi, on tarkoitettu sieppaamaan osuvia lietehiukkasia ja suojaamaan polymeeriä kulumiselta.
Konsepti pätee kuivassa liukukulumisessa. Märkälietteen eroosiossa kemiallinen ympäristö ja täyteaine-matriisirajapinta aiheuttavat komplikaatioita, jotka voivat kääntää odotetun suorituskyvyn edun. Näiden komplikaatioiden ymmärtäminen on välttämätöntä oikean materiaalin valinnan kannalta hiomakemian palveluissa.
Lietteen eroosiomekanismi
Sekoitussäiliön lietteen eroosio sisältää nesteeseen suspendoituneita hiukkasia, jotka osuvat lämmönvaihtimen putken pintaan kohtalaisilla nopeuksilla -tyypillisesti 1–5 m/s. Hiukkasten törmäys saa aikaan paikallisen plastisen muodonmuutoksen PTFE:n pintaan. Toistuvat iskut keräävät jännitystä ja lopulta irrottavat pieniä polymeerin palasia.
Neitsyt-PTFE:ssä pinta reagoi hiukkasten iskuihin viskoelastisella muodonmuutoksella. Polymeeriketjut absorboivat törmäysenergiaa ja rekyyliävät elastisesti, jos jännitys on myötörajan alapuolella. Eroosiota tapahtuu väsymisen kaltaisen prosessin seurauksena monien iskujen jälkeen. Korko on alhainen ja tasainen.
Alumiinioksidilla{0}}täytetyssä PTFE:ssä täyteainehiukkaset ovat jäykkiä. Ne eivät deformoidu iskun vaikutuksesta. Iskuenergia keskittyy kovan alumiinioksidihiukkasen ja pehmeämmän PTFE-matriisin väliseen rajapintaan. Jännityskonsentraatio käynnistää mikro-halkeamat täyteaine-matriisin rajalla. Nämä halkeamat kasvavat toistuvan iskun vaikutuksesta. Lopulta ympäröivä PTFE irtoaa ja vie täyteainehiukkasen mukanaan. Eroosionopeutta ei määrää täyteaineen kovuus, vaan täyteaineen tarttuminen matriisiin ja tämän rajapinnan väsymiskestävyys.
| Eroosioparametri | Neitsyt PTFE | Alumiinioksidi-täytetty PTFE |
|---|---|---|
| Eroosiosuojamekanismi | Viskoelastinen energian absorptio | Täyteainehiukkaset sieppaavat iskuja |
| Täyte{0}}matriisikäyttöliittymä | Ei käytössä (homogeeninen) | Stressin keskittymispaikka |
| Mikro-halkeaman alkaminen | Hidas (tasainen materiaali) | Kiihdytetty täyteaineen rajoilla |
| Eroosionopeus sekoitettussa piidioksidilietteessä (suhteellinen) | 1.0 (perustaso) | 1.2-1.8× |
| Pinnan kunto 1000 tunnin jälkeen | Tasaista, tasaista kulumista | Karhentuneet, täyteainehiukkaset paljastuneet |
| Lämmönsiirtokertoimen stabiilisuus | Vakaa (sileä pinta) | Hajoaa (karhennettu pinta) |
| Kemiallinen kestävyys | Erinomainen | Vaarallinen, jos happo hyökkää täyteaineeseen |
Kemiallisen-täyteaineen vuorovaikutus
Alumiinioksidi kestää kemiallisesti monia happoja, mutta tietyt yleiset prosessiliuokset hyökkäävät siihen. Fosforihappolietteissä alumiinioksidi reagoi hitaasti muodostaen alumiinifosfaattia. Alkalisissa lietteissä alumiinioksidi liukenee aluminaattina. Kemiallinen hyökkäys täyteainehiukkasiin putken pinnalla poistaa ne jättäen PTFE-pintaan kuoppia. Kuopat keskittävät jännitystä ja kiihdyttävät mekaanista eroosiota.
Jopa kemiallisesti hyvänlaatuisissa lietteissä täyteainehiukkasten altistuminen pinnalle-jota tapahtuu, kun PTFE-matriisi kuluu hieman-, aiheuttaa pinnan karheutta. Karhennettu pinta lisää nestevastusta ja vähentää ulkoista lämmönsiirtokerrointa. Alumiinioksiditäytetyn putken lämmönsiirtokyky heikkenee ajan myötä, vaikka eroosionopeus olisikin alhainen.
Virgin PTFE kuluu tasaisesti. Pinta pysyy tasaisena. Lämmönsiirtokerroin on vakaa koko putken käyttöiän ajan.
Sovellusopas
Kemiallisesti aggressiiviseen lietteen käsittelyyn -fosforihappo, hapan kaivosvesi, emäksiset lietteet-on ensisijainen materiaali. Täytettyjen laatujen alumiinioksiditäyteaineeseen kohdistuva kemiallinen hyökkäys tekee tyhjäksi kaikki kulutuskestävyyden edut ja voi nopeuttaa hajoamista.
Kemiallisesti hyvänlaatuisille, erittäin hankaaville lietteille kohtalaisessa lämpötilassa alumiinioksidilla{0}täytetty PTFE voi tarjota paremman käyttöiän, jos täyteaine on hyvin-sidottu matriisiin ja hiukkasten iskuenergia on täyteaineen kapasiteetin sisällä. Testaus paikkakohtaisissa -olosuhteissa on suositeltavaa ennen täytetyn PTFE:n määrittämistä lietehuoltoa varten.
Yhteenveto
Virgin PTFE-lämmönvaihdinputket vastaavat usein tai ylittävät alumiinioksidilla{0}täytettyjen PTFE:n sekoitettujen lietesäiliöiden kanssa, koska täyteaine-matriisirajapinnasta tulee kiihdytetyn mikro-halkeaman alkamispaikka hiukkasten iskun vaikutuksesta ja koska kemiallinen hyökkäys täyteaineeseen happamissa tai emäksisissä täyteainehiukkasissa lietteen pinta poistaa ja poistaa. Virgin PTFE:n homogeeninen rakenne kuluu hitaasti ja tasaisesti säilyttäen tasaisen pinnan ja vakaan lämmönsiirron. Täytetty PTFE tulee määrittää lietekäyttöön vasta sen jälkeen, kun on varmistettu sekä täyteaineen kemiallinen kestävyys että täyteaineen tarttuvuus matriisiin tietyissä prosessiolosuhteissa.
Teknistä tukea PTFE-materiaalin valinnalle hiomalietesovelluksissa on saatavilla, kun lietteen koostumus, hiukkaskoko ja kovuus, kiintoainepitoisuus, sekoitusintensiteetti ja käyttölämpötila ilmoitetaan.
