Unohtunut korroosiovyöhyke
Prosessisäiliöissä on kolme korroosiovyöhykettä: täysin upotettu vyöhyke, nesteen yläpuolella oleva höyrytila ja roiskevyöhyke ilman{0}}nesteen rajapinnassa. Lämmönvaihtimen suunnittelu keskittyy lähes kokonaan upotettuun vyöhykkeeseen-prosessinesteen kemiaan, lämpötilaan ja virtausolosuhteisiin. Höyrytilan oletetaan olevan hyvänlaatuinen. Se ei ole.
Kuuman happokylvyn yläpuolella ilma on kyllästetty happosumulla ja vesihöyryllä. Kondensoituminen viileämmille pinnoille muodostaa väkeviä happopisaroita. Happea on runsaasti-toisin kuin upotetulla alueella, jossa liuennutta happea on rajoitetusti. Korkean hapen, kondensoivan hapon ja vaihtelevan lämpötilan yhdistelmä luo ympäristön, joka on syövyttävämpi kuin itse kylpy. Lämmönvaihtimen -uppoamattomat osat-höyrynsyöttöputket, lauhteen paluulinjat, tukikannattimet ja upotuskelojen yläosat-korrodoituvat ulkopuolelta, kun taas upotetut osat pysyvät ehjinä.
PTFE on immuuni höyryn -faasin happohyökkäykselle samasta syystä kuin nestefaasi-: hiili-fluorisidos ei voi hapettua, hydrolysoitua tai muuten reagoida minkään happopitoisuuden kanssa joko neste- tai höyrymuodossa.
Metallien höyryfaasi{0}}korroosiomekanismi
Kloorivety- tai rikkihappokylvyn yläpuolella olevan höyryvyöhykkeen ruostumaton teräs syöpyy mekanismilla, joka poikkeaa uppokorroosiosta. Kylvyssä metallipinta kostutetaan jatkuvasti. Korroosion nopeutta rajoittaa lähtöaineiden diffuusio nestekalvon läpi. Höyryvyöhykkeellä pinta kiertää märän ja kuivan välillä kondensoituessa ja haihtuessaan.
Märkävaiheen aikana kondensaattiin liuennut happosumu hyökkää passiivikalvoa vastaan. Kondensaatin happopitoisuus voi ylittää kylvyn pitoisuuden, koska vesi haihtuu ensisijaisesti jättäen jälkeensä väkeviä happopisaroita. Kuivafaasin aikana happojäännös kiteytyy. Kiteet ovat hygroskooppisia-ne imevät kosteutta ilmasta seuraavan kostean jakson aikana ja muodostavat uudelleen-väkevän hapon kide-metallirajapinnassa.
Märkä-kuivakierto ja keskittymisvaikutus luovat paikalliset korroosionopeudet 2-5 kertaa suuremmat kuin jatkuva upotusnopeus. Roiskevyöhyke, jossa sekoituksen tai työkappaleen liikkeen aiheuttamat nestepisarat kastelevat pintaa ajoittain, on vielä aggressiivisempi. Tästä syystä metalliset lämmittimet epäonnistuvat usein ensin ilma-neste-rajapinnassa.
| Höyryvyöhykkeen korroosioparametri | Ruostumaton teräs 316L | Titaani luokka 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korroosionopeus höyryvyöhykkeellä suhteessa upotettuun vyöhykkeeseen | 2-5× | 1.5-3× | 1,0× (nolla molemmissa) |
| Lauhteen happopitoisuus vs. kylpy | 1,2-2,0× (haihtumisvaikutus) | Sama | Ei vaikutusta |
| Märkä{0}}kuivapyöräilyvaurio | Vakava (passiivinen kalvon rikkoutuminen) | Kohtalainen | Ei mitään |
| Splash zone -hyökkäys | Vakava | Kohtalainen | Ei mitään |
| Ulkopinnan kunto 1 vuoden kuluttua | Koloinen, ruoste{0}}tahrat | Syövytetty, värjäytynyt | Muuttumaton |
| Suojapinnoitevaatimus | Tarvitaan usein (epoksi, kääre) | Joskus vaaditaan | Ei vaadita |
PTFE-immuniteetin peruste
PTFE ei ole riippuvainen passiivikalvosta. Sen korroosionkestävyys on luontainen molekyylirakenteelle. Hiili-fluorisidoksen dissosiaatioenergia, joka on noin 485 kJ/mol, ylittää energian, joka on saatavilla mistä tahansa happamasta kondensaatioreaktiosta höyryvyöhykkeellä olevissa lämpötiloissa (tyypillisesti 30-70 astetta). Happomolekyylit, joko nestepisaroiden tai höyryn muodossa, kohtaavat pinnan, joka ei tarjoa reaktioreittiä.
PTFE:n hydrofobinen luonne tarjoaa lisäsuojamekanismin. Kondensoituvat happopisarat rakettuvat pinnalle sen sijaan, että ne kostuisivat. Ne vierivät pois tai haihtuvat erillisinä pisareina sen sijaan, että ne muodostaisivat jatkuvan johtavan kalvon. Märkä-kuivapyöräily, joka tuhoaa metalliset passiivikalvot, ei vaikuta PTFE:hen, koska tuhottavaa kalvoa ei ole.
Koko lämmönvaihtimen -upotetut putket, jaottimet, ulkoiset putkiliitännät ja tukikehys- voidaan valmistaa PTFE:stä tai sopivista fluoripolymeerikomponenteista, mikä tarjoaa täydellisen suojan kaikilla kolmella korroosiovyöhykkeellä.
Käytännön seuraus lämmittimen käyttöikään
Metallilämmittimien höyryvyöhyke{0}}korroosio määrää usein yleisen käyttöiän. Titaanikäämi, joka kestäisi 5 vuotta upotuskorroosionopeuden perusteella, voi epäonnistua 2-3 vuodessa johtuen ulkoisesta pistekuormasta vesirajassa. Vika on odottamaton, koska upotetut osat näyttävät ehjiltä tarkastuksen aikana. Ulkoinen hyökkäys on piilotettu nestepinnan yläpuolelle, näkyvissä vain, kun säiliö on tyhjennetty.
PTFE-vaihtimissa ei ole piilotettua vikavyöhykettä. Jokaisella vaihtimen osalla, upotettuna tai paljaana, on sama kemiallinen sietokyky. Käyttöiän määrää vaativin vyöhyke-höyrynpaineen alla oleva upotettu osa-eikä huomiotta jätetyn ulkoisen korroosiomekanismin perusteella.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet selviävät altistumisesta sekahappohöyryille nestetason yläpuolella, koska fluoripolymeerin korroosionkestävyys ulottuu yhtä lailla neste- ja höyryfaasiin. Toisin kuin ruostumaton teräs ja titaani, jotka kärsivät hapon tiivistymisen ja höyryvyöhykkeen märkä{1}}kuivakierron kiihtyvästä ulkoisesta vaikutuksesta, PTFE ei vaikuta siihen. Koko lämmönvaihtimen -upotettu, höyrylle-altistettu ja roiskevyöhyke-jakaa saman kemiallisen inerttiyden.
Höyryvaiheen{0}}korroosion eliminointi poistaa piilotetun vikamekanismin, joka usein määrää metallisten lämmittimien käyttöiän. PTFE-vaihtimissa ei ole "unohdettua aluetta", jossa ulkoinen hyökkäys voi lyhentää laitteen käyttöikää odottamatta.
Teknistä tukea PTFE-lämmönvaihtimen spesifikaatioille huonosti tuuletetuissa tai aggressiivisissa höyryympäristöissä on saatavilla, kun kylvyn kemialliset tiedot, käyttölämpötila, säiliön tuuletussuunnitelma ja nykyisten lämmittimien ulkoinen korroosio on toimitettu.
