PFA-lämmitin, joka kokee kuivan{0}}palotapahtuman (toiminta ilmassa tai höyryssä ilman nestejäähdytystä) vain 2 minuutin ajan, kärsii pysyvistä mikrorakennevaurioista. PFA:n ulkopinta saavuttaa 250–350 astetta, kun taas sisäpinta (metalliydintä vasten) saavuttaa saman lämpötilan. Polymeeri ei palaa alkuperäiseen tilaan edes jäähtymisen jälkeen. Terminen hajoaminen luo mikroskooppisia tyhjiä (halkaisijaltaan 5–50 µm) PFA-matriisiin, lisää amorfista vapaata tilavuutta 15–25 % ja pienentää molekyylipainoa 10–30 %. Nämä muutokset jatkuvat jäähdytyksen jälkeen ja lisäävät läpäisynopeutta pysyvästi 30–50 % kaikissa myöhemmissä huolloissa. Kuiva{17}}lämmittimessä, jota poltetaan 2 minuuttia 300 asteessa, HCl:n tai vesihöyryn läpäisynopeus pysyy 40 % korkeampana kuin perustaso loppuelämänsä ajan jäähdytyksestä riippumatta. Lämmitintä ei "palauteta" jäähdyttämällä; vahinko on pysyvä. Tällaiset lämmittimet tulisi vaihtaa mieluummin kuin palauttaa kriittiseen huoltoon.
Kuivan{0}}palon aiheuttama mikrorakennevaurio
Kuivan{0}}palon aikana PFA:ssa tapahtuu neljä peruuttamatonta muutosta:
Ketjun leikkaus: Lämpöenergia katkaisee C-F- ja C-C-sidoksia ja pienentää molekyylipainoa 300 kDa:sta 200–250 kDa:han. Pienempi molekyylipaino lisää ketjun liikkuvuutta, mikä lisää diffuusiota.
Tyhjyyden muodostuminen: Jäljelle jäänyt kosteus (100–500 ppm) välähtää höyryksi ja muodostaa pallomaisia onteloita, joiden halkaisija on 5–50 µm. Tyhjät toimivat oikoteitä läpäiseville molekyyleille.
Amorfisen faasin laajeneminen: Amorfiset alueet osittain sulavat ja kiteytyvät avoimempaan rakenteeseen, mikä lisää vapaata tilavuutta 15–25 %.
Pinnan hapettuminen: Ulompi 50–100 µm muodostaa hauraan hapettuneen kerroksen (karbonyyli- ja karboksyyliryhmät). Tämä kerros halkeilee jäähtyessään luoden lisäreittejä.
Nämä muutokset ovat pysyviä, koska polymeeri ei voi -ristittää- uudelleen tai parantaa aukkoja alle 300 asteen lämpötiloissa. Normaalit käyttölämpötilat (100–200 astetta) eivät anna tarpeeksi energiaa ketjun uudelleen-kietoutumiseen tai aukkojen sulkemiseen.
Läpäisynopeuden kasvu kuiva{0}}palon jälkeen (mitattu 80 asteessa, 30 % HCl)
| Kuiva{0}}palon kesto (minuutteja) | vaipan huippulämpötila ( aste ) | Molekyylipainon vähennys (%) | Tyhjiötiheys (tyhjiötä/mm²) | Läpäisynopeus (g/m²·päivä) | Kasvu lähtötasosta (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 (perustaso) | 80 | 0% | 0 | 0.8–1.2 | 0% |
| 0,5 (30 s) | 180 | 2–5% | <10 | 0.9–1.4 | 10–15% |
| 1.0 | 230 | 5–10% | 10–50 | 1.1–1.7 | 30–40% |
| 2.0 | 280 | 10–15% | 50–150 | 1.3–2.0 | 40–60% |
| 3.0 | 310 | 15–20% | 100–300 | 1.6–2.5 | 70–100% |
| 5.0 | 340 (sula) | 20–30% | 500+ | 2.5–4.0 | 150–250% |
2 minuuttia kuiva{0}}lämmitetyn lämmittimen (huippu 280 astetta) läpäisynopeus pysyy 40–60 % korkeampana loputtomiin. Nopeus ei palaudu edes 1000 tunnin normaalin märkäkäytön jälkeen.
Miksi jäähdytys ei palauta läpäisyvastusta?
Jäähdytys supistaa polymeeriä, mutta ei sulje tyhjiä tiloja tai palauta molekyylipainoa. Tyhjät ovat pysyviä, koska polymeeriketjut, jotka kerran miehittivät tämän tilavuuden, ovat hajonneet haihtuviksi oligomeereiksi, jotka ovat paenneet. Mitään materiaalia ei ole jäljellä tyhjiön täyttämiseksi. Amorfinen vapaa tilavuus laajenee pysyvästi, koska ketjut ovat suuntautuneet vähemmän tiheäksi tiivisteeksi korkean lämpötilan aikana. Tämä on analogista metallin hehkutuksen kanssa,{5}}mikrorakenne muuttuu pysyvästi. Toisin kuin metalleja, PFA:ta ei voida-hehkuttaa uudelleen vaurioiden kääntämiseksi, koska vaurioon sisältyy kemiallinen hajoaminen (ketjun katkeaminen), ei vain fyysinen uudelleenjärjestely.
Aiemman kuivan{0}}palon havaitseminen
Jos lämmittimen epäillään olleen kuivalämmitteinen (jopa lyhyestikin), kolme testiä vahvistaa pysyvän vaurion:
Mikroskooppi: Leikkaa poikkileikkaus-PFA-seinästä. Tyhjät näkyvät tummina ympyröinä (5–50 µm) 200–500-kertaisella suurennuksella. Kaikki näkyvät aukot osoittavat pysyviä vaurioita.
Tiheyden mittaus: Vahingoittumaton PFA-tiheys=2.13–2,16 g/cm³. Kuiva-poltetun PFA:n, jossa on onteloita, tiheys on 2,05–2,10 g/cm³. 2 %:n tiheyden pudotus osoittaa merkittävää tyhjenemistä.
Permeaatiotesti: Vertaa lämmittimen todellista HCl-läpäisynopeutta valmistajan spesifikaatioon. 30 %:n lisäys vahvistaa aiemman kuiva{2}}palon.
Korvauspäätös
Lämmitin, joka on kuiva{0}}lämmitetty vähintään 2 minuuttia:
Kriittinen kemiallinen palvelu (puolijohde, lääke): Vaihda välittömästi. 40 % korkeampi läpäisynopeus johtaa ennenaikaiseen ytimen korroosioon ja kylvyn saastumiseen.
Ei-{0}}kriittinen teollisuuspalvelu: Voidaan jatkaa käyttöä, jos läpäisynopeus on edelleen prosessirajojen alapuolella. Tarkkaile eristysvastusta kuukausittain. Odota 30–50 % lyhyempää jäljellä olevaa käyttöikää.
Kaikki näkyvät rakkulat tai sulaminen: Vaihda välittömästi. Lämmitin on lähellä vikaa.
Esimerkki kentästä
Pinnoitelaitos tyhjensi vahingossa säiliön, kun PFA-lämmitin oli jännitteellä. Lämmitin kävi kuivana 3 minuuttia (arvioitu huippu 290 astetta), ennen kuin käyttäjät sammuttivat sen. Uudelleentäytön jälkeen lämmitin näytti ulkoa normaalilta (ei näkyviä rakkuloita). Kuitenkin 4 kuukauden sisällä lämmittimessä oli maavika. Vian jälkeinen analyysi paljasti PFA-seinässä laajoja mikroaukot (150 tyhjää tilaa/mm²) ja HCl:n läpäisy oli lisääntynyt 3-kertaiseksi, mikä syövyttää metalliytimen. Saman erän lämmitin ilman kuivatulta{11}}kesto vielä kolme vuotta. Kuiva{14}}lämmitin olisi pitänyt vaihtaa välittömästi, eikä sitä saa palauttaa käyttöön.
Johtopäätös: kuiva{0}}palo lisää pysyvästi läpäisyä 30–50 %
2 minuuttia kuiva{0}}poltettu PFA-lämmitin (vaipan huippulämpötila 280 astetta) kärsii pysyvistä mikrorakennevaurioista: ketjun katkeamisesta (10–15 %:n molekyylipainon menetys), onteloiden muodostumisesta (50–150 tyhjää tilaa/mm²) ja lisääntynyttä amorfista vapaata tilavuutta. Jäähtymisen jälkeenkin läpäisynopeus pysyy 40–60 % korkeampana kuin perustaso loputtomiin. Lämmitin ei palaudu. Vaihda kriittistä huoltoa varten välittömästi. Ei-kriittistä palvelua varten, seuraa tarkasti ja odota lyhyempää käyttöikää. Älä luota silmämääräiseen tarkasteluun{15}}tyhjät ovat mikroskooppisia. Hyvältä näyttävä lämmitin voi vaurioitua pysyvästi. Kun kuiva{18}}poltetaan, älä koskaan luota siihen täysin. Vaihda tai vähennä. Tyhjyys on ikuinen.
