A történelmi mérce
Az ólmot a 18. század óta használják kénsav kezelésére. Az ólom-antimonötvözetek (általában 4-8% antimon) javították a tiszta ólom mechanikai tulajdonságait, így alkalmassá tették hőcserélőkhöz, csővezetékekhez és tartályok béleléséhez. Több mint egy évszázadon át az ólom-antimon volt a standard anyag a kénsavas pácfürdők fűtésére. Sok ilyen létesítmény a mai napig üzemel.
Az ólom ellenáll a kénsavnak egy ólom-szulfát (PbSO₄) film kialakítása révén, amely oldhatatlan a savban. Ez a fólia stabil és védő a legtöbb pácolási művelet koncentráció- és hőmérséklet-tartományában, -körülbelül 80 fokig 10-20%-os kénsavban.
Az ólom{0}}antimon hőcserélőket azonban lecserélik. A csere egyre inkább PTFE. A hajtóerő nem az ólom korrózióvédelmi mechanizmusának meghibásodása,{3}}de továbbra is működik. Ez a lágy, nehéz, mérgező fém halmozott működési hátrányai a modern inert polimerekhez képest.
Az ólom{0}}antimon halmozott hátrányai
Az ólom-antimonötvözet korlátai a mechanikai, működési és környezeti területekre terjednek ki. Egyénileg egyik sem katasztrofális. Együtt olyan teljes birtoklási költséget eredményeznek, amely meghaladja a PTFE-t az ólom alacsonyabb anyagköltsége ellenére.
Eróziós-korrózió: Az ólmot a kénsavtól védő PbSO₄-film puha. Áramló savban-különösen a keringető szivattyú ürítéseinél, az induktív fúvókáknál vagy a nagy turbulenciájú területeken- a film erodálódik. A kitett ólom megreformálja a filmet, és fémet fogyaszt. Az eróziós helyeken az ólomfal fokozatosan elvékonyodik. Az ólom-antimon hőcserélő cső statikus körülmények között 5-8 évig, mérsékelt áramlás mellett azonban csak 2-4 évig bírja.
Termikus kifáradás: Az ólom hőtágulási együtthatója 29 × 10⁻⁶/fok -az egyik legmagasabb a fémek közül. Az ólom-antimon ezt csak kis mértékben csökkenti. A fűtési és hűtési ciklusok során az ólom drámaian kitágul és összehúzódik. Az ismételt mozgás kúszási deformációt okoz az alátámasztási pontokon és csatlakozásoknál. Az ízületek meglazulnak. A csövek megereszkednek a támaszok között. A halmozott deformáció végül a korróziós{10}}korlátozott élettartam töredékénél okoz meghibásodást.
Toxicitás: Az ólom szabályozott mérgező fém. Használata expozíciós megfigyelést, orvosi felügyeletet és speciális kezelési eljárásokat igényel. Az elhasznált ólom hőcserélők ártalmatlanítása veszélyes hulladéknak minősül. Az adminisztrációs és ártalmatlanítási költségek hozzáadják a teljes birtoklási költséget.
| Teljesítményparaméter | Ólom-Antimonötvözet | PTFE |
|---|---|---|
| Korrózióvédelmi mechanizmus | PbSO₄ passzív film | Az inherens C-F kötés stabilitása |
| Erózióállóság | Gyenge (puha film és hordozó) | Jó (homogén, nincs film) |
| Termikus fáradtságállóság | Gyenge (nagy tágulás, kúszás) | Kiváló (viszkoelasztikus szállás) |
| Súly 50 kW teljesítményhez (kg) | 180-250 | 12-15 |
| Toxicitás | Magas (szabályozott fém) | Nincs (inert polimer) |
| Élettartam mérsékelt áramlás mellett (év) | 2-4 | 15+ |
| Élettartam statikus körülmények között (év) | 5-8 | 15+ |
| Ártalmatlanítás | Veszélyes hulladék | Nem-veszélyes |
| Anyagköltség (relatív/kg) | 1.0× | 2-3× |
| Telepítési költség (relatív) | 0.8× | 1.0× |
A beépítési súly és biztonsági összehasonlítás
Egy ólom-antimon hőcserélő egy 50 kW-os pácolótartályhoz 180-250 kg súlyú. Ez a súly szerkezeti alátámasztást, mechanikus emelőberendezést igényel a felszereléshez és eltávolításhoz, és veszélyt jelent a személyzet kezelésére. Egy PTFE hőcserélő ugyanarra a feladatra 12-15 kg-mal kevesebb, mint egytizede. Két munkás mechanikus segítség nélkül szállíthatja és telepítheti.
A súlykülönbség a tartály szerkezeti terhelését is befolyásolja. A tartály fenekén nyugvó nehéz ólomtekercs esetén szükség lehet a padló megerősítésére, különösen a műanyag vagy bélelt tartályokban. A könnyű PTFE rács elhanyagolható szerkezeti terhelést jelent.
A karbantartás során egy ólomtekercs, amely kénsavas üzemben volt, PbSO₄-ból és adszorbeált savból álló felületi réteget hordoz. Kezelése egyéni védőfelszerelést és fertőtlenítési eljárást igényel. A PTFE tekercs vegyileg tiszta,{2}}a vizes öblítés eltávolítja a felületi savat, és az inert polimer nem igényel különleges kezelést.
Az átmeneti határozat
A jelenleg is működő ólom-antimon hőcserélők minden cserénél döntést kell hozniuk: cseréljék ki egy másik ólom-antimon egységgel, és fogadják el ugyanazt a 2-4 éves csereciklust, vagy térjenek át PTFE-re, és 15+ évre megszüntessék a csereciklust. A PTFE-átalakítás magasabb egyszeri berendezésköltséggel jár, de kiküszöböli a gyakori csere, a toxicitás-kezelés és a nehéz anyagmozgatás visszatérő költségeit.
Az átállás gyakran szakaszosan-egy tankkal történik, mivel a vezető egységek meghibásodnak. Miután az első PTFE átalakítás bemutatja a meghosszabbított élettartamot és az egyszerűbb karbantartást, a következő átalakítások gyorsan következnek.
Összegzés
A PTFE hőcserélők az ólom-antimonötvözetnél hosszabb ideig tartanak a forró kénsav használatában, nem azért, mert az ólom korróziós mechanizmusa meghibásodik, hanem azért, mert a PTFE kiküszöböli az eróziós-korróziót, a termikus kifáradást és a toxicitási hátrányokat, amelyek az ólom élettartama során felhalmozódnak. A PTFE 15+ éves élettartama az ólom 2-4 évével szemben áramlási körülmények között, a PTFE magasabb kezdeti anyagköltsége ellenére a teljes birtoklási költséget növeli. A több mint 90%-os súlycsökkentés és a mérgező anyagok kezelésének kiküszöbölése növeli a működési és biztonsági előnyöket.
Mérnöki támogatás az ólom-to{1}}PTFE hőcserélő cseréjéhez a tartály méreteinek, a savkoncentrációnak és hőmérsékletnek, az áramlási feltételeknek, valamint a vezető berendezés aktuális élettartamának és karbantartási nyilvántartásainak benyújtása után érhető el.
