Puhdistus, joka aiheutti epäonnistumisen
Titaaninen uppolämmitin toimii luotettavasti nikkelikylvyssä 18 kuukautta. Suunniteltujen seisokkien aikana huolto suorittaa rutiininomaisen kalkinpoiston käyttämällä estettyä kloorivetyhappoa noudattaen samaa menettelyä, jota on käytetty menestyksekkäästi ruostumattomasta teräksestä valmistettujen kelojen vuosikymmeniä. Kahden viikon kuluessa käyttöön palaamisesta titaanikelaan kehittyy useita neulanreikävuotoja. Metallurginen tutkimus paljastaa vetyhaurastumisen-atomivedyn, joka imeytyy titaanihilaan happopuhdistuksen aikana, muodostaen hauraita hydridifaaseja, jotka halkeilevat normaalissa käyttöjännityksessä.
Titaanin korroosionkestävyys riippuu täysin sen passiivisesta TiO₂-kalvosta. Tämä kalvo on stabiili hapettavissa hapoissa, kuten typpi- ja kromihapossa, mutta se on herkkä pelkistäville hapoille, kuten suolahappo. Kaupallinen kalkinpoistohappo, jopa inhibiittoreiden kanssa, luo paikallisia pelkistäviä olosuhteita titaanipinnalle, jossa passiivinen kalvo liukenee. Kun kalvo on rikottu, paljastunut titaanimetalli reagoi hapon kanssa muodostaen vetyatomeja, jotka diffundoituvat nopeasti metallihilaan.
PTFE:ssä ei ole passiivikalvoa. Siinä ei ole metallihilaa vedyn sisäänpääsyä varten. Titaanikäämin haurauttaneella happopuhdistuksella ei ole kemiallista vaikutusta PTFE:hen. Tämän perustavanlaatuisen eron ymmärtäminen materiaalien vasteessa puhdistuskemikaaleihin selittää, miksi PTFE-vaihtimet kestävät metallikäämiä tuhoavia käsittelyjä.
EmbHydrogenrittment-mekanismi titaanissa
Titaani imee vetyä helposti, kun sen passiivinen kalvo vaarantuu pelkistävissä happamissa ympäristöissä. Mekanismi etenee neljässä vaiheessa. Passiivinen TiO₂-kalvo liukenee kuumaan HCl:iin paljastaen paljaan titaanimetallin. Titaani reagoi hapon kanssa muodostaen TiCl3:a ja vapauttaen vetyioneja, jotka yhdistyvät muodostaen H2-kaasua ja atomivetyä. Atomi vety adsorboituu titaanin pintaan ja diffundoituu metallihilaan pitoisuusgradientin ohjaamana. Yli 100-150 ppm:n pitoisuuksilla vety saostuu hauraina titaanihydridihiutaleina raerajoilla.
Hydridifaasin sitkeys on käytännössä nolla. Sisäisen höyrypaineen aiheuttaman vannejännityksen alaisena haurastuneet raeraajat halkeilevat. Halkeamat etenevät seinämän paksuuden läpi myöhempien lämpöjaksojen aikana. Viikkoa puhdistuksen jälkeen ilmenevät neulanreikävuotot ovat viimeinen ilmentymä happoaltistuksen aikana tapahtuneesta vauriosta.
Estetyt hapot vähentävät, mutta eivät poista vedyn imeytymistä. Inhibiittorit hidastavat metallin liukenemisnopeutta antaen passiiviselle kalvolle aikaa uudistua. Mutta inhibiittoreita kulutetaan metallipinnalla. Naarmuissa, rakoissa ja pintavioissa-täsmälleen siellä, missä puhdistusta tarvitaan-inhibiittoripitoisuus on alhaisin ja vedyn muodostuminen on suurinta.
Taulukko 1: Hapon puhdistuskestävyyden vertailu (10 % HCl 50 asteessa, 30 minuutin altistus)
| Parametri | Titaani luokka 2 | Ruostumaton teräs 316L | PTFE |
|---|---|---|---|
| Passiivinen kalvon stabiilisuus HCl:ssä | Liukenee nopeasti | Liukenee | Ei passiivista elokuvaa |
| Metallin liukenemisnopeus (mm/vuosi ekvivalentti) | 5-15 (estoton), 0,5-2 (estetty) | 10-30 (estoton), 1-5 (estetty) | 0 |
| Vedyn absorptio (ppm) | 50-300 per puhdistusjakso | 2-10 | 0 |
| Hydridin muodostumisen kynnys | 100-150 ppm | N/A (ei hydridifaasia) | N/A |
| Turvalliset puhdistusjaksot ennen vikaa | 1-5 (kumulatiivinen H2-kertymä) | 10-20 (tasainen korroosioraja) | Rajoittamaton |
| Kemialliset puhdistusvaihtoehdot | Vain HNO₃ (hapettava happo) | Inhiboitu HCl, H2SO4, HNO3 | Mikä tahansa happo, mikä tahansa pitoisuus |
PTFE: Nolla vuorovaikutusta puhdistuskemikaalien kanssa
PTFE:n happopuhdistuksen kestävyys ei riipu oikean inhibiittorin valinnasta tai altistusajan hallinnasta. Kyse on alkuainekoostumuksesta. PTFE ei sisällä metallia. Hapolla ei ole mitään liukenevaa, passiivista kalvoa, joka suojaa, eikä hilaa vedyn sisäänpääsyä varten.
PTFE:n hiili-fluorisidokset ovat inerttejä kloorivety-, rikki-, typpi- ja fluorivetyhapoille kaikissa pitoisuuksissa ja lämpötiloissa 260 asteeseen asti. Happomolekyylit kohtaavat pinnan, jossa ei ole reaktiokohtia. He ottavat yhteyttä, he pomppivat, he lähtevät. Titaania haurastava tai ruostumattoman teräksen kuoppia aiheuttava puhdistussykli jättää PTFE:n kemiallisesti ennalleen.
Tämä inertisyys mahdollistaa aggressiiviset puhdistustoimenpiteet, jotka palauttavat lämmönsiirtokyvyn nopeasti. Voimakkaita happoja, korkeita lämpötiloja, pitkiä valotusaikoja-parametreja, joita on valvottava huolellisesti metallikäämillä vaurioiden välttämiseksi-, voidaan soveltaa vapaasti PTFE:hen. Puhdistusta rajoittaa vain se, mitä saostumat vaativat liukenemiseen, ei se, mitä kierukkamateriaali kestää.
Opeioratnal Freedom puhdistusmenetelmien valinnassa
PTFE:n kemiallinen kestävyys muuttaa likaantuneiden lämmönvaihtimien huoltoa. Titaanikäämissä puhdistuskemikaalin tulee olla yhteensopivaa kelamateriaalin kanssa. Tämä rajoittaa vaihtoehdot typpihappo{2}}pohjaisiin puhdistusaineisiin, jotka ovat tehokkaita joissakin vaa'oissa, mutta eivät toisissa. Kalsiumsulfaattihilse, joka on yleinen kovan veden alueilla, liukenee huonosti typpihappoon, mutta liukenee helposti suolahappoon, -jota titaani ei siedä.
PTFE-kierukoilla puhdistuskemikaali valitaan vain sen tehokkuuden perusteella, että se vastaa tiettyä kattilakoostumusta. Kloorivetyhappo karbonaattisuomulle. Rikkihappo rautaoksidikertymiä varten. Syövyttävä aine orgaaniseen likaantumiseen. Täysi valikoima teollisuuden puhdistuskemikaaleja on saatavilla ilman materiaalien yhteensopivuusrajoituksia. Voidaan käyttää vahvinta puhdistusainetta, joka liuottaa kalkin nopeimmin, mikä minimoi puhdistusajan ja maksimoi tuotannon saatavuuden.ili
Yhteenveto
Titaanilämmittimet epäonnistuvat rutiininomaisen happopuhdistuksen jälkeen, koska pelkistävät hapot liuottavat suojaavan TiO2-kalvon mahdollistaen vedyn absorption, joka muodostaa hauraita hydridifaaseja metallihilassa. Jokainen puhdistusjakso kerää peruuttamattomia vahinkoja. PTFE-lämmönvaihtimet kestävät saman käsittelyn, koska fluoripolymeerissä ei ole liukenevaa metallia, passiivista kalvoa, joka rikkoutuisi, eikä hilaa vedyn tunkeutumiseen.
PTFE:n täydellinen kemiallinen inertisyys mahdollistaa puhdistuskemikaalien rajoittamattoman valinnan pelkästään kalkinpoistotehokkuuden perusteella. Aggressiivisia puhdistusaineita, jotka tuhoavat metallikäämiä, voidaan käyttää turvallisesti PTFE:lle, mikä lyhentää puhdistusaikaa ja palauttaa täyden lämmönsiirtokyvyn nopeasti.
Tekniset ohjeet PTFE-lämmönvaihtimien puhdistusprotokollia varten ovat saatavilla, kun toimitetaan skaalakoostumusanalyysi, nykyiset puhdistusmenettelyt ja lämmönsiirron suorituskyvyn talteenottotavoitteet.
