محیط حمله دوگانه-
یک فرآیند تمیز کردن شیمیایی بین محلول اسید کلریدریک 15 درصد در دمای 70 درجه و محلول هیدروکسید سدیم 10 درصد در دمای 80 درجه متناوب است. مبدل حرارتی در هر دو انتهای ترازو در معرض PH افراطی قرار می گیرد، با آب گرم شستشو بین چرخه ها. اسید به فلزات و مواد حساس به قلیایی- حمله میکند. مواد سوزاننده به شیشه، سرامیک های مبتنی بر سیلیس-و فلزات آمفوتریک حمله می کند. مواد کمی در هر دو محیط زنده می مانند.
فولاد لعاب دار-همچنین به آن شیشه-فولاد اندود شده- نیز گفته میشود، مدتهاست در خدمات شیمیایی خورنده استفاده میشود. پوشش شیشه ای، مینای بوروسیلیکاتی که در دمای بالا به بستر فولادی ذوب شده است، به خوبی در برابر اسیدها مقاومت می کند. به طور گسترده ای در مخازن راکتور، مخازن ذخیره سازی و مبدل های حرارتی در صنایع شیمیایی و دارویی استفاده می شود.
PTFE در برابر اسیدها و قلیاها در طیف کامل pH مقاومت می کند. انتخاب بین فولاد لعاب دار و PTFE برای سرویس اسیدی متناوب-در قسمت سوزاننده چرخه تعیین می شود-که در آن فولاد لعاب دار دارای آسیب پذیری اساسی است.
مکانیسم خوردگی شیشه در قلیایی
شیشه دی اکسید سیلیکون با اصلاح کننده های مختلف اکسید فلز است. در محلولهای قلیایی، یونهای هیدروکسید به پیوندهای سیلیکونی-که شبکه شیشهای را تشکیل میدهند حمله میکنند. واکنش این است:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
سیلیکات سدیم محلول است و در محلول قلیایی حل می شود. سطح شیشه به تدریج از بین می رود. میزان به دما، غلظت سوزاننده و ترکیب شیشه خاص بستگی دارد.
شیشه بوروسیلیکات-نوعی که برای فولاد میناکاری شده استفاده میشود-حاوی اکسید بور است که دوام شیمیایی را بهبود میبخشد. اما در 10% NaOH در 80 درجه، حتی شیشه بوروسیلیکات تقریباً 0.01-0.05 میلی متر در سال خورده می شود. پوشش شیشه ای با ضخامت 0.8-1.2 میلی متر در طول عمر 10 ساله تحت این شرایط 10-60٪ ضخامت خود را از دست می دهد.
خوردگی به ندرت کاملاً یکنواخت است. عیوب میکروسکوپی، حباب ها یا نقاط نازک در پوشش شیشه ای سریعتر خورده می شوند. هنگامی که شیشه نفوذ می کند، فولاد زیرین در معرض محیط اسیدی متناوب- قلیایی قرار می گیرد. فولاد در هر دو به سرعت خورده می شود. آستر به صورت موضعی خراب می شود و تجهیزات باید شیشه ای شوند یا تعویض شوند.
جدول 1: اسید{1}}مقایسه عملکرد دوچرخه سواری قلیایی
| پارامتر عملکرد | فولاد لعاب دار (شیشه ای- آستردار). | PTFE |
|---|---|---|
| مقاومت اسیدی (HCl، H2SO4) | عالی | عالی |
| مقاومت قلیایی (NaOH، KOH) | ضعیف (انحلال شیشه) | عالی |
| نرخ خوردگی در 10% NaOH در 80 درجه (میلی متر در سال) | 0.01-0.05 | 0 |
| ضخامت پوشش / پوشش (میلی متر) | 0.8-1.2 | 1.0-1.5 (دیوار لوله) |
| عمر پوشش تخمینی در سرویس PH متناوب | 3-8 سال | 15+ سال |
| روش تعمیر | گلس کارخانه ای؛ تعطیلی هفته ها | فیلد پلاگین یا تعویض بخش لوله |
| مقاومت در برابر شوک حرارتی | متوسط (ΔT حداکثر ~ 100 درجه) | Excellent (>200 درجه ΔT) |
| مقاومت در برابر ضربه مکانیکی | ضعیف (شکننده، تراشه در اثر ضربه) | خوب (بازیابی الاستیک) |
| حالت شکست | نفوذ آستر → خوردگی فولاد | نازک شدن تدریجی خزشی |
| قابلیت تشخیص شکست قریب الوقوع | مشکل (آسیب پوشش اغلب نامرئی) | آسان (اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک) |
ضریب شوک حرارتی
انتقال از اسید داغ به محلول قلیایی داغ از طریق شستشو با آب، شرایط شوک حرارتی را ایجاد می کند. مبدل حرارتی فولادی لعابدار تغییر دمای سریعی را تجربه میکند که چسب-به{2}}فولاد را تحت فشار قرار میدهد. شیشه و فولاد دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند-شیشه تقریباً 3-6 × 10-6/ درجه، فولاد در 12-15 × 10-6/ درجه. انبساط دیفرانسیل باعث ایجاد تنش برشی در سطح مشترک می شود.
در طی صدها چرخه حرارتی، تنش تجمعی باعث ایجاد ترکهای ریز-در رابط{1}}شیشهای میشود. این ترک ها از سمت فرآیند نامرئی هستند. آنها با دوچرخه سواری مداوم رشد می کنند تا زمانی که شیشه از فولاد جدا شود. فولاد در معرض آن به سرعت خورده می شود.
PTFE هیچ رابطی برای لایه بندی ندارد. این ماده از نظر ضخامت یکدست است. انبساط حرارتی با تغییر شکل الاستیک کل جزء سازگار است. استرس افتراقی ایجاد نمی شود.
کنتراست نگهداری و تعمیر
هنگامی که یک مبدل حرارتی فولادی با روکش شیشه ای از کار می افتد، کل واحد باید برداشته شود و برای شیشه مجدد به یک مرکز تخصصی فرستاده شود. این روند هفته ها طول می کشد. تولید قطع می شود. یک واحد یدکی باید در دسترس باشد وگرنه ظرفیت تولید از بین می رود.
هنگامی که یک مبدل حرارتی PTFE دچار نشتی میشود-معمولاً پس از سالها سرویس{1}}لوله آسیبدیده را میتوان در میدان وصل کرد. مبدل با ظرفیت کمی کاهش یافته به کار خود ادامه می دهد. تعمیر دائمی یا تعویض لوله در خاموشی برنامه ریزی شده بعدی برنامه ریزی شده است.
قابلیت تعمیرات میدانی PTFE یک مزیت عملیاتی قابل توجه در فرآیندهایی است که تداوم تولید حیاتی است.
خلاصه
مبدلهای حرارتی PTFE در سرویسهای اسیدی متناوب-از فولاد لعابدار بهتر عمل میکنند زیرا PTFE در برابر انحلال سوزاننده که به تدریج پوششهای شیشه را نازک میکند مصون است. نرخ خوردگی شیشه فولاد لعاب دار در قلیایی داغ، همراه با آسیب شوک حرارتی در رابط{2}} شیشه، عمر مفید را به 3-8 سال محدود می کند. PTFE خدمات 15+ ساله را بدون خوردگی یا لایه لایه شدن رابط ارائه می دهد.
قابلیت تعمیرات میدانی PTFE در مقایسه با شیشهبندی کارخانه- مورد نیاز برای تعمیرات فولاد لعابدار، هزینههای خرابی را بیشتر کاهش میدهد. برای فرآیندهایی که بین ترکیبات شیمیایی اسیدی و قلیایی حرکت می کنند، PTFE انتخاب کمتر-خطر- عمر طولانی تر است.
تجزیه و تحلیل مهندسی برای انتخاب مواد سرویس PH متناوب پس از ارائه غلظت اسید و سوزاننده، دمای عملیاتی، فرکانس چرخه، و دادههای عمر سرویس فعلی تجهیزات موجود است.
