یک مهندس مغازه آبکاری در حال تعیین یک بخاری غوطه وری PTFE برای حمام آندایز کننده اسید سولفوریک در دمای 25 درجه بود. نمودار خوردگی فروشنده، PTFE را در تمام غلظت‌ها و دماهای اسید سولفوریک "عالی" نشان می‌دهد. مهندس بخاری را سفارش داد، آن را نصب کرد و سه سال عملکرد خوبی داشت. مهندس دوم، با مشخص کردن بخاری برای مخزن متفاوت، از همان نمودار استفاده کرد و همان بخاری را برای حمام اسید سولفوریک 50 درصد در دمای 90 درجه سفارش داد. بخاری در هشت ماه از کار افتاد. نمودار می گوید "عالی". واقعیت رنگارنگ تر بود.
نمودارهای خوردگی ابزار مفیدی هستند، اما اغلب بیش از حد ساده می شوند. آنها مواد را به عنوان عالی، خوب، منصفانه، یا در محدوده وسیعی از غلظت و دما ارزیابی نمی کنند. PTFE در اسید سولفوریک به معنای متعارف تجزیه نمی شود-حل نمی شود یا خورده نمی شود. اما نفوذ می کند و میزان نفوذ بستگی به غلظت و دما دارد. نموداری که PTFE را در کل طیف اسید سولفوریک "عالی" ارزیابی می کند، مسیر نفوذی را که عمر مفید را در دماهای بالا محدود می کند نادیده می گیرد.
نحوه صحیح خواندن نمودار خوردگی
نمودار خوردگی یک نقطه شروع است، نه یک مشخصات. این نشان می دهد که آیا یک ماده از نظر شیمیایی با یک شیمی در شرایط گسترده سازگار است یا خیر. این نشان نمی دهد که مواد چقدر دوام خواهند داشت، میزان نفوذ چقدر است، یا مکانیسم شکست چگونه خواهد بود.
برای PTFE در اسید سولفوریک، نمودار باید با در نظر گرفتن دما تفسیر شود. در دمای اتاق و غلظت های متوسط، PTFE اساساً بی اثر است. در دماهای بالا، نفوذ به عامل محدود کننده تبدیل می شود. نمودار ممکن است همچنان "عالی" را نشان دهد زیرا پلیمر حل نمی شود، اما عمر مفید ممکن است به دلیل نفوذ رطوبت و شکست عایق محدود شود.
| غلظت اسید سولفوریک | دما | مقاومت شیمیایی PTFE | میزان نفوذ | عمر خدمات مورد انتظار |
|---|---|---|---|---|
| 10–30% | 25-50 درجه | عالی | خیلی کم | 5-10 سال |
| 10–30% | 60-80 درجه | عالی | پایین | 3-6 سال |
| 30–50% | 25-50 درجه | عالی | پایین | 4-8 سال |
| 30–50% | 60-80 درجه | عالی | متوسط | 2-4 سال |
| 50–70% | 25-50 درجه | عالی | متوسط | 3-5 سال |
| 50–70% | 60-90 درجه | عالی | بالا | 1-3 سال |
| >70% | 25-50 درجه | عالی | متوسط – زیاد | 2-4 سال |
| >70% | 60-90 درجه | عالی | خیلی بالا | 6-18 ماه |
نفوذ PTFE و عمر مفید در سرویس اسید سولفوریک بر اساس غلظت و دما
مکانیسم نفوذ در اسید سولفوریک
اسید سولفوریک در PTFE نفوذ می کند زیرا مولکول های آب و اسید از طریق ماتریس پلیمری پخش می شوند. نرخ به دما، غلظت و ضخامت غلاف بستگی دارد. در دماها و غلظت های پایین، سرعت نفوذ به اندازه ای آهسته است که بخاری سال ها دوام می آورد. در دماها و غلظت های بالا، سرعت افزایش می یابد و رطوبت در عرض چند ماه به عایق MgO می رسد.
نرخ نفوذ تقریباً به ازای هر 10 درجه افزایش دما دو برابر می شود. همچنین با غلظت اسید افزایش می یابد، اگرچه این رابطه خطی نیست. در غلظت 50 درصد، نرخ نفوذ ممکن است دو تا سه برابر بیشتر از 20 درصد در همان دما باشد.
ضخامت غلاف طول مسیر انتشار را فراهم می کند. غلاف 2.5 میلی متری نسبت به غلاف 1.5 میلی متری برای نفوذ بیشتر طول می کشد. اما غلاف ضخیم‌تر نیز با افزودن مقاومت حرارتی، دمای غلاف را افزایش می‌دهد که سرعت نفوذ را افزایش می‌دهد. ضخامت بهینه این اثرات را متعادل می کند.
آنچه که نمودار به شما نمی گوید
نمودار خوردگی به شما نمی گوید:
نرخ نفوذ در دما و غلظت خاص شما
طول عمر مورد انتظار در برنامه شما
تاثیر ضخامت غلاف بر نفوذ
تأثیر چگالی وات بر دما و نفوذ غلاف
تأثیر شرایط جریان بر انتقال حرارت و دمای غلاف
این عوامل تعیین می کنند که بخاری PTFE دو سال یا ده سال دوام می آورد. نمودار یک ابزار غربالگری است. مشخصات نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق تری دارد.
مراحل انتخاب عملی برای سرویس اسید سولفوریک
غلظت واقعی و محدوده دمایی حمام را تعیین کنید. از بالاترین غلظت و دمایی که در حین کار عادی رخ می دهد استفاده کنید، نه متوسط.
میزان نفوذ را از روی دما و غلظت تخمین بزنید. اگر عمر مفید مورد انتظار کمتر از سه سال است، چگالی وات کمتر، غلاف ضخیم‌تر یا ماده متفاوتی را در نظر بگیرید.
مساحت سطح مورد نیاز را از روی وات و چگالی وات ایمن محاسبه کنید. در اسید سولفوریک در دمای 60-80 درجه، چگالی وات 1.0-1.2 W/cm² دمای غلاف را در محدوده ای نگه می دارد که نفوذ را محدود می کند.
ضخامت غلاف را در نظر بگیرید. غلاف 2.0-2.5 میلی متری مسیر نفوذ طولانی تری را فراهم می کند اما مقاومت حرارتی را اضافه می کند. غلاف 1.5-2.0 میلی متری مقاومت حرارتی را کاهش می دهد اما مسیر نفوذ را کوتاه می کند. بهینه به دما و طول عمر مورد نیاز بستگی دارد.
مقاومت عایق را پس از نصب کنترل کنید. کاهش تدریجی طی ماه‌ها نشان می‌دهد که نفوذ در حال پیشرفت است. یک قرائت پایدار نشان می دهد که بخاری در محدوده ایمن کار می کند.
| پارامتر انتخاب | سرویس{0}دمای پایین (<50°C) | متوسط-سرویس دمایی (50–70 درجه) | سرویس دمای بالا (70–90 درجه ) |
|---|---|---|---|
| چگالی وات | 1.4-1.6 W/cm² | 1.0-1.3 W/cm² | 0.8-1.0 W/cm² |
| ضخامت غلاف | 1.5-2.0 میلی متر | 2.0-2.5 میلی متر | 2.5-3.0 میلی متر |
| سطح برای 5 کیلو وات | 3100-3600 سانتی متر مربع | 3800-5000 سانتی متر مربع | 5000 تا 6250 سانتی متر مربع |
| طول عمر مورد انتظار | 5-10 سال | 3-5 سال | 1.5-3 سال |
پارامترهای مشخصات بخاری غوطه وری PTFE برای خدمات اسید سولفوریک
وقتی نمودار می گوید "عالی" اما بخاری از کار می افتد
بخاری که علیرغم رتبه بندی نمودار در سرویس اسید سولفوریک پیش از موعد از کار می افتد معمولاً توسط نفوذ محدود می شود نه حمله شیمیایی. پلیمر دست نخورده است. مقاومت عایق کاهش یافته است. خرابی الکتریکی است نه شیمیایی.
راه حل این است که نرخ نفوذ را با کاهش دمای غلاف، افزایش ضخامت غلاف یا هر دو کاهش دهیم. چگالی وات کمتر دمای غلاف را کاهش می دهد. غلاف ضخیم تر مسیر نفوذ را افزایش می دهد. آنها با هم زمان قبل از رسیدن رطوبت به MgO را افزایش می دهند.
یک پیکربندی سفارشی بخاری غوطه‌وری PTFE با چگالی وات کم، روکش‌های ضخیم و سطح‌های بزرگ، خدمات اسید سولفوریک با دمای بالا را که در آن بخاری‌های استاندارد پیش از موعد از کار می‌افتند، پاسخ می‌دهد. فرآیند مشخصات به غلظت اسید، دمای عملیاتی، ابعاد مخزن و وات مورد نیاز نیاز دارد.
