A 20%-os nátrium-klorid (NaCl) sóoldatban 60-90 fokon a PFA-fűtő 3-szor gyorsabban tönkremegy, mint az azonos wattsűrűségű édesvízben (pl. 3 W/cm²). Az elsődleges mechanizmus nem a PFA elleni kémiai támadás - a só nem reagál a fluorpolimerekkel -, hanem a víz fizikai tulajdonságaiban bekövetkezett változások só által kiváltott felgyorsult áthatolása és korróziója. A só növeli a víz felületi feszültségét, csökkentve a PFA felület nedvesíthetőségét; a buborékok hosszabb ideig tapadnak, helyi forró pontokat hozva létre. A só növeli az ionvezetőképességet is, így amikor a PFA-ban végül mikrorepedések képződnek, a szivárgó áram nagyobb, és gyorsabb a fémmag korróziója (klorid-pontosodás). A legfontosabb, hogy a só növeli a forráspont-emelkedést, így ugyanaz a wattsűrűség erőteljesebb helyi forralást okoz sós lében, mint édesvízben, károsítva a PFA-t a kavitáció és a hősokk révén. E hatások kombinációja csökkenti a fűtőelem élettartamát édesvízben 10 000–15 000 óráról 3 000–5 000 órára 20%-os sóoldatban 80 fokon.
Mechanizmus: Forráspont-emelkedés és helyi túlmelegedés
Atmoszférikus nyomáson az édesvíz 100 fokon forr. Az édesvízben 3 W/cm²-es PFA fűtőtest felületi hőmérséklete 105–110 fok -, enyhe forráspontú, stabil nukleáris forráspont. 20%-os NaCl sóoldatban a forráspont körülbelül 105 fokra emelkedik 1 bar nyomáson. Ugyanennek a 3 W/cm²-es fűtőelemnek a felületi hőmérséklete most 115–120 fok, - 10 fokkal magasabb ΔT. A sóoldatban a hőátadási tényező 20-30%-kal alacsonyabb, mivel a nagyobb viszkozitás és felületi feszültség elnyomja a buborékok gócképződését. A PFA felforrósodik, felgyorsítva a lebomlását (10-15 fokonként megduplázódik a permeáció). A forróbb felület elősegíti a sókristályosodást (lerakódást), ami tovább szigeteli a fűtőtestet.
A fűtőelem élettartamának összehasonlítása: friss víz vs{0}}% sóoldat (80 fok, 3 W/cm², 2 mm-es fal)
| Paraméter | Friss Víz | 20% NaCl sóoldat | Különbség |
|---|---|---|---|
| Forráspont 1 bar nyomáson | 100 fok | 105 fok | +5 fok |
| PFA felületi hőmérséklet 3 W/cm² | 105-110 fok | 115-120 fok | +10 fok |
| Hőátbocsátási tényező h (W/m²·K) | 800–1,200 | 600–900 | –25% |
| A nukleáris forrás stabilitása | Stabil | Időszakos (buborékos tapadás) | Rosszabb |
| Só-hámlási hajlam | Egyik sem | Mérsékelt (fehér betét) | Probléma |
| A víz áthatolási sebessége (relatív) | 1.0x | 2.0–2.5x | Gyorsabban |
| A magkorrózióig eltelt idő (óra) | 10,000–15,000 | 3,000–5,000 | 3x gyorsabb |
| Hiba mód | Egységes ritkítás | Gödrösedés + pikkely + repedés | Vegyes |
Miért gyorsítja fel a klorid a magkorróziót a burkolat szakadása után?
Amikor a PFA-hüvelyen végül mikrorepedések vagy lyukak keletkeznek (3000-5000 óra elteltével), a sóoldat érintkezik a fémmaggal (Incoloy vagy titán). A kloridionok (Cl⁻) nagyon agresszívek a legtöbb fémmel szemben. Az Incoloy 825 lyukkorróziót szenved forró klorid oldatokban. A titán ellenállóbb, de nem ellenálló (réskorrózió magas hőmérsékleten). A fémmag gyorsan korrodál, fém-kloridokat termelve, amelyek kitágulnak és tovább repesztik a PFA-t, ami földzárlatot okoz. Édesvízben ugyanez a törés lassabb korróziót okoz (hetekről hónapokra). Sós lében a meghibásodás napok-hetek alatt következik be.
Fizikai tulajdonságok különbségei
| 80 fokos ingatlan | Friss Víz | 20% NaCl | Hatás a fűtésre |
|---|---|---|---|
| Viszkozitás (cP) | 0.35 | 0.45–0.50 | Alacsonyabb h, magasabb felületi hőmérséklet |
| Felületi feszültség (mN/m) | 62 | 72–75 | Buborékok tapadnak, forró pontok |
| Hővezetőképesség (W/m·K) | 0.67 | 0.58–0.62 | Kissé lejjebb h |
| Fajhő (J/kg·K) | 4,200 | 3,400 | Nagyobb hőmérséklet-emelkedés kW-onként |
| Forráspont ( fok ) | 100 | 105 | Magasabb felületi hőmérséklet |
| Elektromos vezetőképesség (µS/cm) | 50 | 200,000 | Nagyobb szivárgási áram a megsértés után |
Mérséklés a sóoldat szolgáltatáshoz
A PFA fűtőelem élettartamának meghosszabbítása 20%-os sóoldatban:
Csökkentse a wattsűrűséget3 W/cm²-től 2 W/cm²-ig. Ez 100-105 fokra (a sóoldat forráspontja alá) csökkenti a felületi hőmérsékletet, kiküszöbölve a forrást.
Használjon vastagabb PFA-t(3 mm-es fal), hogy több anyagot biztosítson az áteresztéshez és a vízkő eltávolításához.
Adjon hozzá egy recirkulációs szivattyút to increase flow velocity (>0,5 m/s) a buborékok elsöprésére és a vízkő megtapadásának megakadályozására.
Használjon titán magot(nem Incoloy), hogy ellenálljon a klorid lyukacsosodásnak a burkolat szakadása után.
Szereljen be vízkőgátlót(polifoszfát) vagy periodikus savas tisztítás a sólerakódások eltávolítására.
Mezőpélda
Egy tenger gyümölcseit feldolgozó üzem PFA melegítőket használt 20%-os sóoldatban 75 fokon. A fűtőberendezések 8–10 havonta (2500 óránként) meghibásodtak. Az üzem 3,5 W/cm²-ről 2,2 W/cm²-re csökkentette a wattsűrűséget hosszabb fűtőelemek beépítésével (ugyanaz a teljes teljesítmény). A felületi hőmérséklet 118 fokról 102 fokra csökkent (forráspont alatt). A fűtőberendezés élettartama 30-36 hónapra (10 000 órára) nőtt. Az üzem heti frissvizes öblítési ciklust is bevezetett a sólerakódások feloldására. A nagyobb fűtőtestek költsége (egységenként 200 dollár extra) 6 hónap alatt megtérült a csökkentett cserék révén.
Következtetés: A sóoldat háromszoros meghibásodást gyorsít a forráspont emelkedése és a klorid támadás miatt
A 20%-os sóoldatban azonos wattsűrűséggel működő PFA-fűtő 3-szor gyorsabban meghibásodik, mint édesvízben, mert a sóoldat magasabb forráspontja (105 fok vs A kloridionok gyors lyukképződést okoznak a fémmagban, ha a hüvely átszakad. Ahhoz, hogy hasonló élettartamot érjen el sós lében, csökkentse a wattsűrűséget 30-40%-kal (tartsa a felületi hőmérsékletet 100 fok alatt), használjon vastagabb PFA-t, adjon hozzá recirkulációt, és adjon meg titán magokat. A sóoldat nem édesvíz. Kezelje tisztelettel. Csökkentse a teljesítményt, hűtse le a felületet, hosszabbítsa meg az élettartamot. A só nem támadja meg a PFA-t - hanem megváltoztatja a vizet. Értsd meg a fizikát, alakítsd át a dizájnt. A forrásban lévő sóoldat a melegítő gyilkosa. Hagyja abba a forralást, állítsa le a kudarcot.
