Maanantaiaamun ongelma
Kovakromauslinjat suljettiin perjantai-illasta maanantaiaamuun. Höyry lämmönvaihtimeen on eristetty. Kylpy jäähtyy 55 astetta ympäristön lämpötilaan 12-16 tunnin aikana. Noin 38-40 asteessa kromihappokiteet alkavat saostua 250-400 g/l elektrolyytistä. Maanantaiaamuun mennessä säiliön sisäpuoli, lämmönvaihdin mukaan lukien, on päällystetty oranssinpunaisilla kiteisillä kerrostumilla.
Metallisille lämmönvaihtimille tämä kiteytyssykli aiheuttaa kaksi ongelmaa. Kasvavat kiteet kohdistavat laajenemispainetta pinnan mikro{1}}rakoihin ja laajentavat niitä korroosion alkamiskohtiin. Kun höyry palautetaan maanantaina, nopea uudelleenlämmitys saa kiteet liukenemaan epätasaisesti jättäen jälkeensä kemiallisesti muuttuneita pintavyöhykkeitä, joissa passiivinen kalvo on vaarantunut.
PTFE-lämmönvaihtimissa kiteytystapahtuma on mekaanisesti ja kemiallisesti merkityksetön. Materiaalin ainutlaatuinen yhdistelmä matalaa pintaenergiaa, korkeaa lämpölaajenemiskykyä ja täydellistä kemiallista inertiteettiä muuttaa metallien vaurioitumismekanismin fluoripolymeerien ei--tapahtumaksi.
Crystal Adhesion Gap
Kiteet kiinnittyvät pintoihin kahdella mekanismilla: kemiallinen sidos ja mekaaninen lukitus. Metallipinnat osallistuvat molempiin.
Metallioksidipinnat sisältävät hydroksyyliryhmiä, jotka muodostavat vetysidoksia kromihappomolekyylien kanssa kiteytymisen aikana. Sidos on heikko yksittäin, mutta vahva yhdessä tuhansien kristalli{1}}pinnan kosketuspisteiden välillä. Kun kiteet liukenevat uudelleen lämmitettäessä, paikalliset pinnan kemialliset muutokset jäävät sinne, missä sitoutuminen tapahtui.
Metallipintoihin kehittyy myös mikro{0}}karheutta korroosiosta normaalin käytön aikana. Kromihappokiteet kasvavat näihin pintavirheisiin luoden mekaanisen avaimen, joka lukitsee kiteen metalliin. Kiteen kasvukiilien laajenemisvoima avaa mikroraon, mikä myötävaikuttaa metallikäämien pinnan asteittaiseen hajoamiseen toistuvien sammutusjaksojen jälkeen.
PTFE:llä ei ole kumpaakaan sidosmekanismia. Hiili-fluoripinnassa ei ole hydroksyyliryhmiä vetysidoksia varten. Pintaenergia, 18-20 mN/m, on yksi alhaisimmista teknisistä materiaaleista. Kiteet voivat laskeutua pinnalle painovoiman vaikutuksesta, mutta ne eivät kiinnity. Kun kylpy kuumenee uudelleen ja sekoitus alkaa, kiteet irtoavat PTFE:stä ja liukenevat uudelleen elektrolyyttiin.
Taulukko 1: Kiteytysvaurioiden vertailu viikonloppuseisokkien aikana (48 tunnin jäähdytys 55 astetta 20 asteeseen)
| Parametri | Ruostumattomasta teräksestä valmistettu kela | Titaani kela | PTFE Lämmönvaihdin |
|---|---|---|---|
| Kiteen tartuntavoima (suhteellinen) | 1.0 (perustaso) | 0.7 | < 0.05 |
| Pinnan huononeminen sammutusjaksoa kohti | Mikro{0}}raon eteneminen kristallikiilauksesta | Passiivinen kalvon oheneminen kiteen kosketuspisteissä | Ei mitään |
| Pakollinen maanantaiaamun toimenpide | Lämmitä asteittainen lämpöshokin halkeilun välttämiseksi | asteittainen uudelleenlämmitys; tarkasta pisteen varalta | Välitön täysi höyry; ei rajoituksia |
| Kumulatiivinen vahinko 50 sammutuksen jälkeen | Mitattavissa oleva seinämän oheneminen kidekontaktialueilla | Syvennysten aloituskohdat näkyvissä | Ei mitattavissa olevaa muutosta |
| Kylpykontaminaatio kristalli{0}}pinnan reaktiotuotteista | Rauta- ja kromi-ioneja vapautuu | Titaani-ioneja vapautuu | Ei mitään |
Thermal Expansion Majoitus
Maanantaiaamun lämmitysjakso aiheuttaa lämpölaajenemisen lämmönvaihtimelle. Metalliset kelat laajenevat 15-18 × 10⁻⁶/aste. Jäykkä rakenne, joka on usein hitsattu kannattimista ja liitännöistä, kehittää lämpöjännitystä, kun rajoitetut osat vastustavat laajenemista. Laajenevan metallipinnan kanssa kosketuksissa olevat kiteet murskautuvat ja leikkaavat, mutta jo hajoaneen passiivikalvon mekaaniset vauriot kerääntyvät.
PTFE laajenee noin 120 × 10⁻⁶/aste -noin seitsemän kertaa enemmän kuin ruostumaton teräs. 3-metrinen PTFE-putki kasvaa lähes 13 mm kuumennettaessa 20 astetta 55 asteeseen. Oikein suunnitellut PTFE-lämmönvaihtimet mahdollistavat tämän laajentumisen joustavien tukijärjestelmien ja laajennussilmukoiden avulla. Putken pinta laajenee vapaasti, ja kaikki löyhästi lepäävät kiteet yksinkertaisesti irtoavat putken geometrian muuttuessa.
Materiaalin viskoelastinen luonne tarjoaa lisäedun. PTFE:n molekyyliketjun liikkuvuus absorboi nopean uudelleenlämmityksen, joka aiheuttaisi lämpöshokkirasitusta jäykissä metalleissa. Haurasmurtumariskiä ei ole, lämpötilan asteittaista nousua ei vaadita, eikä toiminnassa ole viivettä maanantaiaamuna.
Kenttähavaintoja työpaikkakaupan Chrome-linjalta
Viittä 6 000 litran säiliötä käyttävä kovakromityöpaja vertasi lämmittimen tilaa 24 kuukauden identtisten viikonloppupysäytysjaksojen jälkeen. Kahdessa säiliössä oli titaanikeloja. Kolme säiliötä oli muutettu PTFE-lämmönvaihtimiksi.
