Historiallinen standardi
Lyijyä on käytetty rikkihapon käsittelyyn 1700-luvulta lähtien. Lyijy-antimoniseokset (tyypillisesti 4-8 % antimonia) paransivat puhtaan lyijyn mekaanisia ominaisuuksia, mikä teki siitä sopivan lämmönvaihtimiin, putkistoon ja säiliöiden vuorauksiin. Yli vuosisadan ajan lyijy-antimoni oli vakiomateriaali rikkihappopeittauskylpyjen lämmittämisessä. Monet tällaiset asennukset ovat edelleen käytössä.
Lyijy vastustaa rikkihappoa muodostamalla lyijysulfaattikalvon (PbSO₂), joka on happoon liukenematon. Tämä kalvo on vakaa ja suojaava useimpien peittaustoimintojen pitoisuus- ja lämpötila-alueella-noin 80 asteeseen 10–20-prosenttisessa rikkihapossa.
Silti lyijy{0}}antimonilämmönvaihtimia vaihdetaan. Vaihtoehdot ovat yhä enemmän PTFE:tä. Käyttövoimana ei ole lyijyn korroosiosuojamekanismin vika{3}}se toimii silti. Se on pehmeän, raskaan, myrkyllisen metallin kertyneet toiminnalliset haitat verrattuna nykyaikaiseen inerttiin polymeeriin.
Lyijyn{0}}antimonin kumulatiiviset haitat
Lyijy-antimoniseoksen rajoitukset kattavat mekaaniset, toiminnalliset ja ympäristölliset osa-alueet. Yksikään ei ole katastrofaalinen yksittäin. Yhdessä ne aiheuttavat kokonaiskustannuksia, jotka ylittävät PTFE:n huolimatta lyijyn alhaisemmista materiaalikustannuksista.
Eroosio-korroosio: PbSO₄-kalvo, joka suojaa lyijyä rikkihaposta, on pehmeä. Virtaavassa hapossa-erityisesti kiertopumpun tyhjennysaukoissa, imuputkisuuttimissa tai erittäin turbulenssialueilla-kalvo kuluu. Paljastunut lyijy uudistaa kalvoa kuluttaen metallia. Eroosiokohdissa lyijyseinä ohenee asteittain. Lyijy-antimonilämmönvaihdinputki voi kestää 5–8 vuotta staattisissa olosuhteissa, mutta vain 2–4 vuotta kohtuullisessa virtauksessa.
Lämpöväsymys: Lyijyn lämpölaajenemiskerroin on 29 × 10⁻⁶/aste -yksi suurimmista metalleista. Lyijy-antimoni vähentää tätä vain vähän. Lämmitys- ja jäähdytysjaksojen aikana lyijy laajenee ja supistuu dramaattisesti. Toistuva liike aiheuttaa virumismuodonmuutoksia tukipisteissä ja liitoksissa. Nivelet löystyvät. Putket painuvat tukien väliin. Kumulatiivinen muodonmuutos aiheuttaa lopulta vian korroosion{10}rajoitetun käyttöiän murto-osassa.
Myrkyllisyys: Lyijy on säännelty myrkyllinen metalli. Sen käyttö edellyttää altistumisen seurantaa, lääketieteellistä valvontaa ja erityisiä käsittelymenetelmiä. Käytettyjen lyijylämmönvaihtimien hävittäminen on ongelmajätteenä. Hallinto- ja hävityskustannukset lisäävät omistamisen kokonaiskustannuksia.
| Suorituskykyparametri | Lyijy-antimoniseos | PTFE |
|---|---|---|
| Korroosiosuojamekanismi | PbSO₄-passiivinen kalvo | Luontainen C-F-sidoksen vakaus |
| Eroosionkestävyys | Huono (pehmeä kalvo ja substraatti) | Hyvä (homogeeninen, ei elokuvaa) |
| Lämpöväsymiskestävyys | Huono (suuri laajeneminen, ryömintä) | Erinomainen (viskoelastinen majoitus) |
| Paino 50 kW käyttöön (kg) | 180-250 | 12-15 |
| Myrkyllisyys | Korkea (säännelty metalli) | Ei mitään (inertti polymeeri) |
| Käyttöikä kohtuullisessa virtauksessa (vuosia) | 2-4 | 15+ |
| Käyttöikä staattisissa olosuhteissa (vuosia) | 5-8 | 15+ |
| Hävittäminen | Vaaralliset jätteet | Ei--vaarallinen |
| Materiaalikustannukset (suhteellinen per kg) | 1.0× | 2-3× |
| Asennettu hinta (suhteellinen) | 0.8× | 1.0× |
Asennuspainon ja turvallisuuden vertailu
Lyijy-antimonilämmönvaihdin 50 kW peittaussäiliöön painaa 180-250 kg. Tämä paino vaatii rakenteellista tukea, mekaanisia nostolaitteita asennukseen ja poistamiseen ja aiheuttaa henkilökunnan käsittelyvaaran. Samaan käyttöön tarkoitettu PTFE-vaihdin painaa 12-15 kg eli alle kymmenesosan. Kaksi työntekijää voi kantaa ja asentaa sitä ilman mekaanista apua.
Painoero vaikuttaa myös säiliön rakenteelliseen kuormitukseen. Raskas lyijykela, joka lepää säiliön pohjalla, saattaa vaatia lattian vahvistamista, erityisesti muovisissa tai vuoratuissa säiliöissä. Kevyt PTFE-ristikko aiheuttaa merkityksettömän rakenteellisen kuormituksen.
Huollon aikana rikkihappohuollossa ollut lyijykäämi kantaa pintakerrosta PbSO₂ ja adsorboitunutta happoa. Sen käsittely vaatii henkilökohtaisia suojavarusteita ja puhdistustoimenpiteitä. PTFE-kela on kemiallisesti puhdas-vesihuuhtelu poistaa pintahapon, eikä inertti polymeeri vaadi erityistä käsittelyä.
Siirtymäpäätös
Edelleen toimivissa lyijy{0}}antimonilämmönvaihtimissa on päätös jokaisen vaihdon yhteydessä: vaihda se toiseen lyijy-antimoniyksikköön ja hyväksy sama 2-4 vuoden vaihtojakso tai muunna PTFE:ksi ja poista vaihtojakso 15+ vuodeksi. PTFE:n muuntamiseen liittyy korkeammat kertaluonteiset laitekustannukset, mutta se eliminoi toistuvat kustannukset, jotka aiheutuvat toistuvasta vaihdosta, myrkyllisyyden hallinnasta ja raskaan materiaalin käsittelystä.
Siirtyminen tapahtuu usein vaiheittain-tankki kerrallaan, koska johtoyksiköt epäonnistuvat. Kun ensimmäinen PTFE-muunnos osoittaa pidentyneen käyttöiän ja yksinkertaistetun huollon, seuraavat muunnokset seuraavat nopeasti.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet kestävät kauemmin lyijy-antimoniseosta kuumassa rikkihapossa, ei siksi, että lyijyn korroosiomekanismi epäonnistuisi, vaan siksi, että PTFE eliminoi eroosio-korroosion, lämpöväsymisen ja myrkyllisyyden haitat, jotka kertyvät lyijyn käyttöiän aikana. PTFE:n 15+ vuoden käyttöikä verrattuna lyijyn 2–4 vuoteen virtausolosuhteissa lisää kokonaiskustannuksia PTFE:n korkeammista materiaalikustannuksista huolimatta. Yli 90 %:n painonpudotus ja myrkyllisten materiaalien käsittelyn eliminointi lisäävät käyttö- ja turvallisuusetuja.
Suunnittelutukea lyijy{0}}to-PTFE-lämmönvaihtimen vaihtamiseen on saatavilla, kun säiliön mitat, happopitoisuus ja lämpötila, virtausolosuhteet sekä johtolaitteiden nykyinen käyttöikä ja huoltotiedot on toimitettu.
