A kerámia fűtőelem meghibásodási mintája
Az alkáli-cinkát bevonatú fürdők pH-ja 13-14, nátrium-hidroxid koncentrációja 100-150 g/l 25-35 fokon. A kerámia merülőfűtők – jellemzően alumínium-oxid vagy szilícium-karbid – az erősen lúgos környezetben való vegyszerállóságuk miatt vannak meghatározva. A horganyzott kerámia fűtőberendezések azonban 12-24 hónapon belül felületi érdesedést, lyukfoltot és esetleges meghibásodást okoznak.
A hiba a kémiai oldódás, nem a mechanikai törés. A magas hidroxid koncentráció megtámadja a kerámia szemcsehatárait. Az alumínium-oxid lassan átalakul oldható nátrium-alumináttá. A szilícium-karbid a felületén oxidálódik, és a szilícium-dioxid reakcióterméke feloldódik a lúgban. Az oldódási sebesség alacsony-mikron/évben mérve-, de folyamatos és nem{6}}egyenletes. A szemcsehatár támadás érdesíti a felületet, ami aztán gócképző helyeket biztosít a cinksó lerakódásához. A lerakódott sók lerakódás alatti-korróziós cellákat hoznak létre, amelyek felgyorsítják a helyi támadást.
A PTFE hőcserélőnek nincs szemcsehatára, nincs feloldódó oxidfilmje, és nincs reakcióútja a nátrium-hidroxiddal. A szén-fluorkötés termodinamikailag stabil erős lúgokban, minden koncentrációban és hőmérsékleten 260 fokig. A kémiai immunitás abszolút, nem a lassú oldódás kérdése.
A gabonahatár támadási mechanizmusa
A kerámia anyagok vegyszerállóságukat a kristályrács erős ionos-kovalens kötéseiből adják. A szemcsehatárok, ahol az egyes kristályok találkoznak, a gyenge pontok. Az atomszerkezet a szemcsehatárokon rendezetlen. Ott koncentrálódnak a szennyeződések. A kötés gyengébb, mint a kristály belsejében. A hidroxidionok elsősorban ezeken a határokon támadnak.
Ahogy a szemcsehatároló anyag feloldódik, az egyes szemcsék kevésbé kötődnek a felülethez. Leválanak, mikroszkopikus gödröket hoznak létre. A gödrök friss gabonahatárt tárnak fel, állandósítva a támadást. A felületi érdesség fokozatosan növekszik. Az érdesített felület felfogja a cinkátsókat, amelyek a hűtési periódusok során kikristályosodnak, és hevítés közben nem teljesen oldódnak újra. A sókéreg lokalizált koncentrációs sejteket hoz létre, amelyek felgyorsítják a szemcsehatár-támadást.
A PTFE-nek nincsenek szemcséi és nincsenek szemcsehatárai. Ez egy folytonos amorf -kristályos polimer mátrix. Nincsenek szerkezetileg gyenge vonalak a vegyi támadásnak. A felület egyenletesen, nulla sebességgel oldódik.
| Degradációs paraméter | Alumínium-oxid kerámia fűtőtest | Szilícium-karbid melegítő | PTFE hőcserélő |
|---|---|---|---|
| Támadó mechanizmus | Szemcsehatár feloldódás | Felületi oxidáció + szilikaoldás | Egyik sem |
| Korróziós sebesség 150 g/l NaOH-ban 35 fokon (μm/év) | 2-5 | 1-3 | 0 |
| A felületi érdesség változása 12 hónap alatt | Ra 5-10-szeresére nő | Ra 3-7-szeresére nő | Nincs változás |
| Só-tapadási hajlam | Magas (durva, hidrofil felület) | Mérsékelt | Nagyon alacsony (sima, hidrofób) |
| Élettartam lúgos cinkátban | 12-24 hónap | 18-30 hónap | 15+ év |
A szennyeződésállóság előnye
A kémiai immunitáson túl a PTFE felület jelentős működési előnyt kínál a cinkátfürdőben: ellenáll a cinksó szennyeződésének. Az alkáli cinkát oldatok hajlamosak a cink-oxid és a cink-hidroxid kicsapódására forró felületeken. A kerámia fűtőtest az érdesedő felületével gyorsan felhalmozza ezeket a lerakódásokat. A szigetelő lerakódás csökkenti a hőátadást, nagyobb gőznyomást kényszerítve, ami felgyorsítja a visszacsatolási hurokban történő lerakódást.
A PTFE alacsony felületi energiája megakadályozza a cink-csapadék erős tapadását. A felületen gócképződő kristályok gyengén kötődnek, és a fürdő normál keringése mellett hajlamosak lehullani. A felület tovább tiszta marad. Ha végül tisztításra van szükség, egy egyszerű vizes öblítés vagy enyhe savas bemerítés eltávolítja a lazán tapadt lerakódásokat anélkül, hogy megtámadná a PTFE hordozót.
A csökkentett szennyeződési gyakoriság növeli a gyártási időt és kiküszöböli a mechanikai tisztítást, amely károsíthatja a kerámia fűtőfelületeket. A három műszakban működő horganyzott bevonatsoron a fűtéssel kapcsolatos karbantartási állásidő csökkenése évi 40-60 további termelési órát jelent.
Összegzés
Az alkáli-cinkát fürdők megtámadják a kerámia fűtőtesteket a szemcsehatár feloldódása révén az erős maró hatású környezetben. A PTFE hőcserélők teljes immunitást biztosítanak, mivel nincs szemcsehatáruk, nincs oxidfilmjük, és nincs kémiai reakcióútjuk a nátrium-hidroxiddal. Az abszolút vegyszerállóságot az alacsony-energiájú PTFE felület szennyeződésállósága egészíti ki, amely megakadályozza a cinkátcsapadék erős tapadását, és meghosszabbítja a tisztítások közötti intervallumot.
A PTFE 15+ éves élettartama ebben az alkalmazásban kiküszöböli a kerámia fűtőtestek ismétlődő csereciklusát és a kapcsolódó gyártási leállást.
Mérnöki támogatás a PTFE hőcserélő specifikációihoz alkálikus cinkát és más magas{0}}pH-s bevonatfürdőkben a fürdő kémiai jellemzőire, az üzemi hőmérsékletre, a tartály méreteire és a fűtőelem aktuális élettartamára vonatkozó adatok benyújtásával érhető el.
