בעיית קנה המידה ללא ריכוך
מתקנים תעשייתיים המשתמשים במים קשים לחימום תהליך עומדים בפני אתגר מתמשך: היווצרות אבנית של סידן פחמתי על משטחי מחליף חום. האבנית נוצרת כאשר סידן ביקרבונט מומס מתפרק על פני הצינור החם: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O. הסידן פחמתי משקע כשכבה קשה ונצמדת המבודדת את הצינורות ומפחיתה את העברת החום.
הפתרון המסורתי הוא ריכוך מים כימי-חילופי יונים להסרת יוני סידן ומגנזיום-או מעכבי אבנית כימיים-פוליפוספטים, פוספונטים, פולימרים. טיפולים אלו מוסיפים עלות הון, עלות תפעול ודרישות לטיפול בכימיקלים. הם גם מכניסים נתרן, פוספט או פולימר למים, מה שעלול להיות לא רצוי לתהליך.
מחליף חום PTFE מתנגד להיווצרות אבנית באמצעות תכונות חומר מובנות, ומפחית או מבטל את הצורך בטיפול כימי במים.
המנגנון הכפול של התנגדות לקנה מידה
PTFE מתנגד להצטברות סידן פחמתי באמצעות שני מנגנונים בלתי תלויים: טמפרטורת קיר נמוכה יותר המפחיתה את הכוח המניע הכימי למשקעים, ומשטח -נמוך באנרגיה המונע הידבקות חזקה של כל גבישים שנוצרים.
טמפרטורת הקיר הנמוכה היא תוצאה של מוליכות תרמית נמוכה של PTFE. בצינור מתכתי, טמפרטורת הקיר כמעט אחידה מצד הקיטור לצד התהליך. טמפרטורת פני השטח החיצוניים מתקרבת לטמפרטורת הרוויה של הקיטור-בדרך כלל 120-150 מעלות עבור קיטור בלחץ נמוך עד בינוני. בצינור PTFE, הטמפרטורה יורדת ב-20-35 מעלות על פני דופן הצינור. טמפרטורת פני השטח החיצוניים היא 85-115 מעלות עבור אותם תנאי קיטור.
משקעי סידן פחמתי תלויים מאוד בטמפרטורה-. הקצב מוכפל בערך עבור כל עלייה של 10 מעלות בטמפרטורת פני השטח. טמפרטורת הקיר הנמוכה של 20-35 מעלות של PTFE מפחיתה את קצב המשקעים בפקטור של 4-10 בהשוואה למשטח מתכתי.
| פרמטר התנגדות קנה מידה | נירוסטה | טִיטָן | PTFE |
|---|---|---|---|
| טמפרטורת קיר ב-3 בארג קיטור (מעלה) | 120-140 | 125-145 | 85-115 |
| קצב משקעים CaCO₃ יחסית | 1.0 (קו בסיס) | 1.1-1.3 | 0.1-0.25 |
| אנרגיית פני השטח (mN/m) | 40-50 | 35-45 | 18-20 |
| חוזק הידבקות בקנה מידה (יחסי) | 1.0 (קו בסיס) | 0.7-0.9 | 0.05-0.15 |
| שיטת הסרת אבנית | הסרת אבנית עם חומצה | הסרת אבנית עם חומצה | שטיפה במים או ניגוב עדין |
מניעת הידבקות
גבישי סידן קרבונט המתגבשים בנוזל בתפזורת או במשטח הצינור חייבים להיצמד למשטח כדי ליצור שכבת אבנית. על משטחים מתכתיים, הגבישים נקשרים באמצעות משיכה אלקטרוסטטית בין משטח הגביש הטעון למשטח תחמוצת המתכת הטעון, ובאמצעות התערבות מכנית עם חספוס פני השטח.
ב-PTFE, אף מנגנון לא פועל ביעילות. משטח ה-PTFE אינו-קוטבי ואינו-מוליך- חשמלית ללא משיכה אלקטרוסטטית. פני השטח חלקים במיוחד בקנה מידה מיקרוסקופי-ללא התערבות מכנית. גבישים שנוצרים ליד פני השטח נסחפים בזרימת המים במקום להיצמד.
האבנית שאכן מצטברת על PTFE-במשך תקופות ממושכות, במים קשים מאוד-הוא משקע אבקתי רופף, לא אבנית קשה וגבישי. ניתן להסירו על ידי שטיפה פשוטה במים או ניגוב עדין, ללא הסרת האבנית החומצית הנדרשת למשטחים מתכתיים.
התועלת התפעולית והכלכלית
ביטול ריכוך מים כימי או טיפול במעכבי אבנית מפחית את עלות התפעול ומפשט את מערכת הטיפול במים. ביטול הסרת האבנית מפחית את עבודת התחזוקה, העלות הכימית, ייצור פסולת מסוכנת וזמני השבתה בייצור. עבור מתקנים שבהם קשיות המים בינונית (מתחת ל-200 ppm כ-CaCO₃), מחליף חום PTFE עשוי לבטל את הצורך בכל טיפול בקרת אבנית.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE מתנגדים להיווצרות אבנית של מים קשים באמצעות טמפרטורת קיר נמוכה יותר המפחיתה את קצב המשקעים הכימיים, ומשטח אנרגיה נמוך- המונע הידבקות גבישית חזקה. המנגנון הכפול מבטל או מפחית את הצורך בריכוך מים כימי והסרת אבנית. PTFE מספק גישה לא-כימית לבקרת אבנית, הפחתת עלויות התפעול ופישוט הטיפול במים.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE ביישומי מים קשים זמינה עם הגשת קשיות המים, טמפרטורת ההפעלה, שיטות בקרת אבנית הנוכחית ותדירות הסרת האבנית.
