A fekete-oxid melegítő probléma
A fekete-oxid bevonatú fürdők 135{5}}145 fokon működnek, nátrium-hidroxid 600-800 g/l, nátrium-nitrát 200-300 g/l és nátrium-nitrit 50-100 g/l kémiai keverékével. Az oldat nem pusztán lúgos, hanem olvadt sókeverék, amely megközelíti az olvadt maróanyag állagát. Üzemi hőmérsékleten az oldat szinte minden fémet megtámad. A rozsdamentes acél órákon belül feloldódik. A titán gyorsan korrodálódik. Még a magas nikkeltartalmú ötvözetek is küzdenek.
Az egyetlen hasznos ellenállású fémes anyag az alacsony{0}}széntartalmú acél (amely védő magnetit filmet képez) és bizonyos magas- krómötvözetek. De még ezeknek is korlátozott az élettartama, 6-18 hónap. A nitrát oxidálószer folyamatosan megtámadja a védőfóliát. A hegesztési varratok és a hő által érintett zónák elsősorban korrodálódnak. A meghibásodást az egyenletes ritkítás és a helyi gödrösedés okozza.
A PTFE kémiailag immunis ezzel a környezettel szemben. A szén-fluor váz stabil forró tömény lúgban, és ellenáll a nitrát általi oxidációnak akár 260 fokos hőmérsékleten -, amely jóval meghaladja a fekete-oxid fürdők 145 fokos üzemi hőmérsékletét.
A kettős támadási mechanizmus
A fekete-oxid oldatok két egyidejű mechanizmuson keresztül támadják meg a fémeket: lúgos oldódáson és nitrát-oxidáción keresztül. A koncentrált nátrium-hidroxid feloldja a passzív oxidfilmet a legtöbb fémen. A nitrát oxidálja a szabaddá tett nemesfémet. A két mechanizmus erősíti egymást.
Az alacsony széntartalmú acél túléli a magnetit (Fe₃O₄) film képződését, amely stabil a forró, koncentrált lúgban. Ez ugyanaz a film, amely a kazáncsöveken képződik a nagy-nyomású gőzrendszerekben. A fekete-oxid-fürdőben lévő nitrát azonban folyamatosan oxidálja a magnetitet nem-védő hematittá (Fe₂O3). A fóliának folyamatosan megújulnia kell, és közben nem nemesfémet kell fogyasztania. Az eredmény egy lassú, de egyenletes falvékonyodás.
A hegesztési varratok megváltozott mikroszerkezetükkel és maradékfeszültségükkel kevésbé képeznek védőoxidot. Gyorsabban korrodálódnak, mint az alapfém. A hegesztett acél fűtőtest először a varratoknál tönkremegy-ugyanaz a minta, mint más agresszív vegyi szolgáltatásoknál.
| Korróziós paraméter | Alacsony-széntartalmú acél fűtőtest | Magas-krómötvözet fűtőelem | PTFE hőcserélő |
|---|---|---|---|
| Védőfólia | Fe₃O4 (magnetit) | Cr₂O3 (króm) | Egyik sem kötelező |
| Filmstabilitás NaOH-ban 140 fokon | Jó (de nitráttal oxidálódik) | Mérsékelt (maró hatású) | N/A |
| Egyenletes korróziós sebesség (mm/év) | 0.5-2.0 | 0.2-0.8 | 0 |
| Hegesztési zóna korróziós aránya (relatív) | 1,5-3,0× nem nemesfém | 2,0-4,0× nem nemesfém | N/A (nincs hegesztés) |
| Várható élettartam (hónap) | 6-12 | 12-18 | 60+ |
A hőmérsékleti sáv előnye
A fekete-oxid fürdők 135-145 fokos üzemi hőmérséklete a PTFE képességein belül van (maximum 260 fok), de meghaladja sok más fluorpolimer gyakorlati határait. A PVDF például levegőben körülbelül 150 fokra korlátozódik, de forró maróanyagban jelentősen meglágyul. A FEP 204 fokosra van besorolva, de alacsonyabb mechanikai szilárdságú, mint a PTFE magasabb hőmérsékleten.
A PTFE a fekete-oxid teljes működési tartományában megőrzi hasznos mechanikai tulajdonságait. A 145 fokos gőznyomás alatti kúszás megfelelő csőfalvastagsággal és tartótávolsággal kezelhető. Az anyag hőstabilitása biztosítja, hogy a bomlástermékek ne szennyezzék be a bevonófürdőt-kritikus szempont egy olyan folyamatban, ahol a felület minőségét szemrevételezéssel ellenőrzik.
A termikus sáv védelmet nyújt a folyamat felborulása ellen is. Ha a hőmérséklet-szabályozó meghibásodik, és a fürdő túlmelegszik 160-170 fokra, mielőtt a biztonsági rendszer beavatkozna, a PTFE sértetlen. Egy PVDF vagy FEP hőcserélő maradandóan deformálódhat vagy megsérülhet egy ilyen mozgás következtében.
A fürdő tisztaságának előnye
A fekete-oxid fürdőben lévő fémes melegítők oldott fémionokat adnak az oldathoz. Az acél fűtőtestekből származó vas és az ötvözetből készült króm finoman megváltoztatja a bevonat kémiáját. A bevonat minőségére gyakorolt hatást gyakran a fürdő öregedésének tulajdonítják, nem pedig a fűtőberendezésnek. A létesítmények elfogadják a bevonat teljesítményének fokozatos csökkenését, ahogy a fürdő öregszik a lerakások között.
A PTFE nem vezet be fémionokat. A fürdő kémiája csak a bevonási folyamat tervezett kémiai reakciói és a veszteségek elhúzódása révén változik. A bevonat minősége egyenletes marad a fürdő teljes élettartama alatt. A fűtőtestből származó szennyeződések megszüntetése meghosszabbíthatja a fürdő élettartamát, vagy csökkentheti a kémiai beállítások gyakoriságát.
Összegzés
A fekete oxid bevonatú fürdők 135-145 fokon kombinált maróoldódás és nitrátoxidáció révén tönkreteszik a fémes melegítőket. A PTFE hőcserélők kémiailag immunisak mindkét mechanizmusra, és megőrzik a mechanikai integritást megfelelő résszel a 260 fokos maximális üzemi hőmérsékletük alatt. A fűtőtestek korróziójának kiküszöbölése meghosszabbítja a berendezés élettartamát 5 évnél tovább, és megakadályozza a bevonófürdő fémionos szennyeződését.
Műszaki támogatás a PTFE hőcserélő specifikációjához fekete-oxidban és más forró lúgos oxidáló alkalmazásokban a fürdő kémiájára, az üzemi hőmérsékletre, a tartály méreteire és a fűtőelem aktuális élettartamára vonatkozó adatok benyújtásával érhető el.
