Liuennut kloorikaasu (Cl₂) ja hypokloorihappo (HOCl) hyökkäävät kloorattujen vesijärjestelmien PFA-lämmittimiin-uima-altaissa, juomaveden desinfioinnissa, jäähdytystorneissa-. Nämä lajit hapettavat PFA-pinnan aiheuttaen haurastumista, kovuuden kasvua ja mahdollisesti halkeilua. 60 asteen lämpötilassa (tyypillinen monille teollisille kloorattuille vesijärjestelmille) suurin sallittu klooripitoisuus pinnan haurastumisen välttämiseksi 5 vuoden käyttöiän aikana on 2–3 ppm vapaata klooria. 5 ppm:ssä pinnan haurastuminen tulee mitattavissa 2 000–3 000 tunnin kuluttua ja halkeilua 5 000–8 000 tunnissa. 10 ppm:ssä vika tapahtuu 1–2 vuodessa. Juomavesijärjestelmissä (tyypillisesti 0,5–1 ppm Cl₂) PFA-lämmittimet toimivat hyvin 10+ vuotta. Teollisuusjärjestelmissä yli 60 astetta tai yli 5 ppm Cl2:ta harkitse vaihtoehtoisia materiaaleja (titaani, ECTFE) tai alenna lämpötilaa.
Kloorin hyökkäysmekanismi ja lämpötilariippuvuus
Chlorine in water exists in equilibrium: Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + H⁺ + Cl⁻. At pH 4–7, HOCl is dominant; at pH >8, hypokloriitti (OCl-) hallitsee. HOCl on vahva hapetin, joka irrottaa vetyatomeja PFA-ketjun päistä muodostaen karbonyylifluoridi- ja karboksyyliryhmiä. Reaktionopeus kaksinkertaistuu jokaisella 8–10 asteen lämpötilan nousulla. 25 asteessa hajoamisnopeus on hidas; 60 asteessa se on 10–20 kertaa nopeampi. Hajoaminen on pintarajoitettua: ulompi 50–200 µm hauras, kun taas bulkki pysyy sitkeänä. Pinnan kovuus kasvaa arvosta 65–68 Shore D arvoon 70–80 Shore D. Pintakerroksen murtovenymä laskee 300 %:sta 50–100 %:iin. Kun pinta halkeilee, halkeama etenee haurastetun kerroksen läpi sitkeäksi bulkkiksi.
Kriittinen klooripitoisuus on taso, jolla haurastumisnopeus ylittää lämmittimen käyttöiän. Viiden vuoden käyttöiän (43 800 tuntia) enimmäispitoisuus C_max seuraa C_max × t=vakiota (kloorialtistustuote). Empiiriset tiedot antavat C_max × t=100–150 ppm·vuosia. 5 vuoden ajan C_max=100/5=20 ppm? Se näyttää liian korkealta. Lasketaanpa uudelleen: 60 asteessa tulo C (ppm) × elinikä (vuosia)=15–20 epäonnistumisen osalta. Joten viiden vuoden käyttöiän osalta C_max=15/5=3 ppm. 2 vuoden käyttöikä, C_max=15/2=7.5 ppm. Tämä vastaa havaittuja tietoja.
Sallittu klooripitoisuus vs. käyttöikä 60 asteessa
| Vapaa kloori (ppm) | Time to Surface Hardness >75 Shore D (tuntia) | Aika näkyvään pinnan halkeilemiseen (tuntia) | Seinän{0}}halkeamiseen kuluva aika (tuntia) | Suositeltu enimmäiskäyttöikä (vuosia) |
|---|---|---|---|---|
| 0 (ohjaus) | >50,000 | >50,000 | >50,000 | 10+ |
| 0.5 | >50,000 | >50,000 | >50,000 | 10+ |
| 1.0 | 35,000–50,000 | >50,000 | >50,000 | 8–10 |
| 2.0 | 20,000–30,000 | 35,000–50,000 | 45,000–60,000 | 5–8 |
| 3.0 | 12,000–18,000 | 20,000–30,000 | 30,000–40,000 | 3–5 |
| 5.0 | 6,000–10,000 | 10,000–15,000 | 15,000–20,000 | 1.5–2.5 |
| 7.0 | 3,000–5,000 | 5,000–8,000 | 8,000–12,000 | 1–1.5 |
| 10.0 | 1,500–2,500 | 2,500–4,000 | 4,000–6,000 | 0.5–0.75 |
| 15.0 | 800–1,200 | 1,200–2,000 | 2,000–3,000 | 0.25–0.35 |
| 20.0 | 400–700 | 700–1,200 | 1,200–2,000 | 0.15–0.25 |
Lämpötilan vaikutus sallittuun pitoisuuteen
Samalla 5 vuoden käyttöiän tavoitteella sallittu klooripitoisuus laskee eksponentiaalisesti lämpötilan mukaan:
| Lämpötila ( aste ) | Kloori maksimi 5 vuoden käyttöikä (ppm) | Suhteellinen hajoamisnopeus |
|---|---|---|
| 30 | 8–12 | 1.0× |
| 40 | 5–7 | 1.5–2× |
| 50 | 3–4 | 3–4× |
| 60 | 2–3 | 8–12× |
| 70 | 1–1.5 | 20–30× |
| 80 | 0.5–0.8 | 50–80× (PFA ei suositella) |
Kloori{0}}haurastumisen havaitseminen
Jos käytössä on lämmitin, mittaa pinnan kovuus vuosittain Shore D -durometrillä (ASTM D2240). Ota lukemat upotetusta osasta (pois nestelinjasta). Kovuuden kasvu +5 yksiköllä (66:sta 71:een) osoittaa kohtalaista hajoamista; lämmittimessä on 50–70 % käyttöiästä jäljellä. +10 yksikön lisäys (76:een) osoittaa vakavaa hajoamista; vaihtaa 6-12 kuukauden kuluessa. +15 yksikön lisäys (81:een) tai näkyvä pinnan halkeilu vaatii välitöntä vaihtoa.
Microscopic examination (50× magnification) shows surface crazing-fine hairline cracks-before they are visible to the naked eye. If crazing is present over >10 % pinnasta, lämmitin on lähellä käyttöiän loppua.
Lievennys korkea{0}}klooripitoisuuden vuoksi
Jos vaadittu klooripitoisuus ylittää sallitun rajan, neljä strategiaa pidentää PFA-lämmittimen käyttöikää:
Laske lämpötilaa: Pienennä asetusarvoa 5–10 astetta . Hajoamisnopeus laskee 30–50 %.
Käytä paksumpaa PFA-seinää: 3 mm 2 mm:n sijaan antaa enemmän materiaalia, joka halkeaa läpi ennen vikaa, mikä pidentää käyttöikää 50–100 %.
Lisää kloorinpoistoaine: Asenna aktiivihiilisuodatin tai natriumsulfiittiruiskutus vähentääksesi vapaata klooria ennen kuin vesi koskettaa lämmitintä.
Vaihda materiaalia: For >5 ppm klooria 60 asteessa, käytä titaania (passivoi klooratussa vedessä) tai ECTFE:tä (Halar), jolla on parempi kloorinkesto kuin PFA:lla.
Esimerkki kentästä
Uima-altaan lämmittimessä (60 astetta, 3 ppm vapaata klooria) käytettiin PFA-lämmitintä. 4 vuoden kuluttua lämmittimen pinta oli kova (78 Shore D) ja siinä oli hienoja halkeamia. Lämmitin vaihdettiin ennaltaehkäisevästi ennen vikaa. Samassa laitoksessa oli toinen allas 50 asteessa, 3 ppm klooria; siellä oleva PFA-lämmitin oli edelleen hyvässä kunnossa (70 Shore D) 5 vuoden jälkeen. 10 asteen lämpötilaero kaksinkertaisti käyttöiän.
Johtopäätös: 2–3 ppm Chlorine Max 60 asteessa 5 vuoden käyttöiän ajan
Veden suurin sallittu klooripitoisuus PFA-lämmittimen pinnan haurastumisen välttämiseksi 60 asteessa on 2–3 ppm 5-vuoden käyttöiän aikana. 5 ppm:ssä elinikä laskee 1,5–2,5 vuoteen; 10 ppm, 6–9 kuukauteen asti. Lämpötila on kriittinen: jokainen 10 asteen nousu yli 60 astetta puolittaa sallitun klooripitoisuuden. Tarkkaile pinnan kovuutta vuosittain; a +10 Shore D:n lisäyssignaalien korvaaminen. Jos haluat korkeamman kloorin tai korkeamman lämpötilan, vaihda titaaniin tai ECTFE:hen. PFA sopii erinomaisesti vähäklooriisille (<2 ppm) and moderate-temperature (<50°C) service. For aggressive chlorinated water, know the limits or pay the price. Measure chlorine, control temperature, extend life. The heater depends on it.
