סביבת האוליאום
חומצה גופרתית דועכת-אולאום-מכילה גופרית טריאוקסיד מומסת בחומצה גופרתית, עם ריכוז SO₃ חופשי של 20-65%. ב-150 מעלות, זהו אחד הכימיקלים התעשייתיים האגרסיביים ביותר. הוא מחמצן חזק, מייבש חזק ותוקף את רוב המתכות והפולימרים.
טונגסטן היא אחת המתכות הבודדות עם עמידות שימושית בפני אולאום חם. הסרט הפסיבי שלו-WO₃-יציב בחומצות מחמצנות חזקות. מחליפי חום טונגסטן משמשים בשירותי אולאום מיוחדים שבהם הצפיפות הגבוהה של החומר (19,300 ק"ג/מ"ר) והעלות הגבוהה מוצדקות על ידי תנאי התהליך.
PTFE עמיד בפני אולאום בכל הריכוזים והטמפרטורות עד 260 מעלות. ההשוואה בין טונגסטן ל-PTFE בסביבה זו היא בין המתכת העמידה ביותר לפולימר אינרטי ללא תנאי.
גבולות הסרט הפסיבי של טונגסטן
טונגסטן מתנגד לאוליאום דרך סרט פסיבי WO₃ שנוצר באופן ספונטני בסביבות מחמצנות. הסרט יציב בחומצה גופרתית ובאולאום בטמפרטורות של עד 180 מעלות בקירוב, תלוי בריכוז SO₃. מעל טמפרטורה זו, או בריכוזי SO₃ מסוימים, הסרט יכול להתמוסס ולחשוף את המתכת הבסיסית להתקפה מהירה.
הסרט הפסיבי רגיש גם לזיהומים באולאום. מי עקבות (מהתייבשות לא מלאה) יכולים לבצע הידרוליזה של ה-WO₃ למינים של חומצה טונגסטית מסיסים. עקבות כלוריד עלול לגרום לבור. הסרט דורש תחזוקה רציפה על ידי הסביבה המחמצנת. כל הפרעה בתהליך שמשנה את ריכוז SO₃ או מכניס זיהומים עלול לערער את היציבות של הסרט.
| פרמטר קורוזיה | ווֹלפרָם | PTFE |
|---|---|---|
| מנגנון הגנה מפני קורוזיה | סרט פסיבי WO₃ | יציבות קשר C-F אינהרנטית |
| טמפרטורת שירות מקסימלית ב-30% אולאום (מעלה) | ~180 | 260 |
| רגישות לשונות ריכוז SO₃ | לְמַתֵן | אַף לֹא אֶחָד |
| רגישות לטיולי מים/טומאה | גבוה (ערעור סרט) | אַף לֹא אֶחָד |
| שיעור קורוזיה במהלך פעולה יציבה (מ"מ/שנה) | < 0.02 | 0 |
| קצב קורוזיה במהלך הפרעה בתהליך (מ"מ/שנה) | 0.5-2.0 (פירוט סרט) | 0 |
| צפיפות החומר (ק"ג/מ"ר) | 19,300 | 2,200 |
| עלות חומר (יחסית) | 80-120× | 1× |
שרידות הטיול
תהליך מעורער במפעל אולאום -ירידה בריכוז SO₃ מ-30% ל-15% עקב דליפת אוויר-, או זינוק בטמפרטורה מ-150 מעלות ל-190 מעלות כתוצאה מכשל בקרה-יכול להרוס את הסרט הפסיבי של טונגסטן. הסרט, לאחר ערעור היציבות, עלול לא להשתחרר מחדש כאשר התנאים הרגילים ישוחזרו. המחליף סובל מנזקי קורוזיה בלתי הפיכים.
ל-PTFE אין סרט פסיבי להרוס. הפרעה בכל גודל-תנודת ריכוז SO₃, סטיה בטמפרטורה, חדירת זיהומים-משאירה את החומר ללא שינוי. כאשר התנאים הרגילים חוזרים, משטח ה-PTFE זהה למצב הטרום-שבוער שלו. שרידות זו חשובה לא פחות משיעור הקורוזיה הקבוע- בקביעת האמינות המעשית של הציוד.
השוואת עלות ומשקל
מחליפי חום טונגסטן יקרים בצורה יוצאת דופן - פי 80-120 מהעלות של שווה ערך ל-PTFE. טונגסטן הוא אחד החומרים ההנדסיים הצפופים ביותר. מחליף טונגסטן הוא כבד, הדורש תמיכה מבנית משמעותית.
מחליפי PTFE עולים חלק קטן יותר ומשקלם פחות מ-שמינית. כאשר טמפרטורת התהליך היא בתוך מגבלת 260 מעלות של PTFE, PTFE הוא הבחירה העדיפה מבחינה כלכלית ותפעולית. טונגסטן שמור ליישומים שבהם הטמפרטורה עולה על גבול ה-PTFE, או שבהם נדרש החוזק המכני של המתכת.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE עמידים ללא תנאי לחומצה גופרתית (אולאום) מבעבעת ב-150 מעלות, בעוד שטונגסטן מסתמך על סרט פסיבי WO₃ שניתן לערער את היציבות על ידי הפרעות בתהליך. PTFE מספק שרידות מוטרדת שטונגסטן אינו יכול להתאים, בחלק קטן מהעלות ומהמשקל. טונגסטן מוגבל ליישומים החורגים ממגבלת הטמפרטורה של PTFE.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE בשירות אולאום וחומצה חזקה זמינה עם הגשת הרכב החומצה, טמפרטורת ההפעלה, תרחישים מופרעים ומגבלות מקום.
