Kaksi{0}}hyökkäysympäristöä
Kemiallinen puhdistusprosessi vuorottelee 70-asteisen 15-prosenttisen suolahappoliuoksen ja 80-asteisen 10-prosenttisen natriumhydroksidiliuoksen välillä. Lämmönvaihdin altistuu äärimmäisille pH-arvoille asteikon molemmissa päissä kuumavesihuuhtelulla jaksojen välillä. Happo hyökkää metalleihin ja alkalisille{6}}herkkiin materiaaleihin. Syövyttävä aine hyökkää lasia, piidioksidi{8}}pohjaista keramiikkaa ja amfoteerisia metalleja vastaan. Harvat materiaalit selviävät molemmista ympäristöistä.
Emaloitua terästä-kutsutaan myös lasi-vuoratuksi teräkseksi-on käytetty pitkään syövyttävien kemiallisten aineiden palveluissa. Lasivuori, korkeassa lämpötilassa teräsalustaan sulatettu borosilikaattiemali, kestää hyvin happoja. Sitä käytetään laajasti reaktoriastioissa, varastosäiliöissä ja lämmönvaihtimissa kemian- ja lääketeollisuudessa.
PTFE kestää sekä happoja että emäksiä koko pH-spektrin. Valinta emaloidun teräksen ja PTFE:n välillä happo-alkalivaihteistolle määräytyy syklin syövyttävän puolen mukaan,-jossa emaloidulla teräksellä on perustavanlaatuinen haavoittuvuus.
Lasin korroosiomekanismi alkalissa
Lasi on piidioksidia, jossa on erilaisia metallioksidimodifiointiaineita. Alkalisissa liuoksissa hydroksidi-ionit hyökkäävät lasiverkoston muodostavia pii-happisidoksia vastaan. Reaktio on:
SiO₂ + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
Natriumsilikaatti liukenee ja liukenee emäksiseen liuokseen. Lasin pinta etsautuu asteittain pois. Nopeus riippuu lämpötilasta, emäksisen aineen pitoisuudesta ja erityisestä lasikoostumuksesta.
Borosilikaattilasi-emaloidussa teräksessä käytetty tyyppi-sisältää boorioksidia, joka parantaa kemiallista kestävyyttä. Mutta 10 % NaOH:ssa 80 asteessa jopa borosilikaattilasi syövyttää noin 0,01-0,05 mm/vuosi. Näissä olosuhteissa 0,8–1,2 mm paksu lasivuori menettää 10–60 % paksuudestaan 10 vuoden käyttöiän aikana.
Korroosio on harvoin täysin tasaista. Lasivuorauksen mikroskooppiset viat, kuplat tai ohuet täplät syöpyvät nopeammin. Kun lasi on läpäissyt, alla oleva teräs altistetaan vaihtelevalle happo-emäksiselle ympäristölle. Teräs syöpyy nopeasti molemmissa. Vuoraus vioittuu paikallisesti, ja laite on lasitettava uudelleen tai vaihdettava.
Taulukko 1: Happo-emäksisen pyöräilyn suorituskyvyn vertailu
| Suorituskykyparametri | Emaloitu (lasi{0}}vuorattu) teräs | PTFE |
|---|---|---|
| Hapon kestävyys (HCl, H₂SO4) | Erinomainen | Erinomainen |
| Alkalikestävyys (NaOH, KOH) | Huono (lasin liukeneminen) | Erinomainen |
| Korroosionopeus 10 % NaOH:ssa 80 asteessa (mm/vuosi) | 0.01-0.05 | 0 |
| Vuorauksen/pinnoitteen paksuus (mm) | 0.8-1.2 | 1,0-1,5 (putken seinämä) |
| Arvioitu vuorauksen käyttöikä vaihtelevassa pH-palvelussa | 3-8 vuotta | 15+ vuotta |
| Korjausmenetelmä | tehdas lasi; viikon seisokkiaika | Kenttätulppa tai vaihda putkiosa |
| Lämpöiskun kestävyys | Keskitaso (ΔT max ~100 astetta) | Excellent (>200 astetta ΔT) |
| Mekaaninen iskunkestävyys | Huono (hauras; sirpaleita törmäyksessä) | Hyvä (elastinen palautuminen) |
| Vikatila | Vuorauksen läpäisy → teräksen korroosio | Asteittainen hiipuminen |
| Tulevan vian havaittavuus | Vaikea (vuorausvaurio usein näkymätön) | Helppo (ultraäänipaksuuden mittaus) |
Lämpöshokkitekijä
Siirtyminen kuumasta haposta kuumaan alkaliseen liuokseen vesihuuhtelun kautta luo lämpöshokkiolosuhteet. Emaloidun teräksen lämmönvaihdin kokee nopean lämpötilanmuutoksen, joka rasittaa lasin -teräkseksi{2}}sidosta. Lasilla ja teräksellä on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet-lasilla noin 3-6 × 10⁻⁶/aste, teräksellä 12-15 × 10⁻⁶/aste. Differentiaalilaajeneminen luo leikkausjännitystä rajapinnalle.
Satojen lämpöjaksojen aikana kumulatiivinen jännitys aiheuttaa mikro{0}}halkeamia lasi-teräsrajapinnassa. Nämä halkeamat ovat näkymättömiä prosessin puolelta. Ne kasvavat jatkuvalla pyöräilyllä, kunnes lasi irtoaa teräksestä. Paljastunut teräs ruostuu sitten nopeasti.
PTFE:llä ei ole liitäntää delaminointiin. Materiaali on paksuudeltaan homogeeninen. Lämpölaajeneminen tapahtuu koko komponentin elastisella muodonmuutoksella. Eriarvoista stressiä ei synny.
Huolto- ja korjauskontrasti
Kun lasi{0}}vuorattu teräslämmönvaihdin rikkoutuu, koko yksikkö on poistettava ja toimitettava erikoislaitokseen uudelleenlasitusta varten. Prosessi kestää viikkoja. Tuotanto keskeytyy. Varayksikön on oltava saatavilla tai tuotantokapasiteetti menetetään.
Kun PTFE-lämmönvaihtimeen tulee vuoto-yleensä useiden vuosien käytön jälkeen-, viallinen putki voidaan kytkeä kentällä. Vaihdin jatkaa toimintaansa hieman pienemmällä kapasiteetilla. Pysyvä korjaus tai putken vaihto ajoitetaan seuraavan suunnitellun huoltoseisokin yhteydessä.
PTFE:n{0}}korjattavuus kentällä on merkittävä toiminnallinen etu prosesseissa, joissa tuotannon jatkuvuus on kriittistä.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet ovat tehokkaampia kuin emaloitu teräs vaihtelevissa happo{0}}emäksissä, koska PTFE on immuuni emäksiselle liukenemiselle, joka ohenee asteittain lasipäällysteitä. Emaloidun teräksen lasin korroosionopeus kuumassa alkalissa yhdistettynä lämpöshokkivaurioihin lasi-teräsrajapinnassa rajoittaa käyttöiän 3–8 vuoteen. PTFE tarjoaa 15+ vuoden palvelun ilman korroosiota tai rajapinnan delaminaatiota.
PTFE:n{0}}korjattavuus kentällä alentaa edelleen seisokkikustannuksia verrattuna emaloidun teräksen korjauksiin vaadittavaan-tehdaslasitukseen. Prosesseissa, jotka kiertävät happaman ja emäksisen kemian välillä, PTFE on pienempi-riski ja pidempi{4}}käyttöikä.
Tekninen analyysi vaihtelevan pH:n huoltomateriaalien valinnalle on saatavilla, kun toimitetaan happo- ja emäspitoisuudet, käyttölämpötilat, syklien tiheys ja nykyiset laitteiden käyttöikätiedot.
