אזור הקורוזיה הנשכח
מיכלי תהליך מכילים שלושה אזורי קורוזיה: האזור השקוע במלואו, חלל האדים מעל הנוזל ואזור ההתזה בממשק האוויר-נוזל. עיצוב מחליף חום מתמקד כמעט כולו באזור השקוע-בכימיה, הטמפרטורה ותנאי הזרימה של נוזל התהליך. מניחים שחלל האדים הוא שפיר. זה לא.
מעל אמבט חומצה לוהט, האוויר רווי בערפל חומצה ואדי מים. עיבוי על משטחים קרירים יותר יוצר טיפות חומצה מרוכזות. חמצן נמצא בשפע-שלא כמו באזור הטבול, שבו החמצן המומס מוגבל. השילוב של חמצן גבוה, חומצה מתעבה וטמפרטורה משתנה יוצר סביבה קורוזיבית יותר מהאמבטיה עצמה. החלקים הלא-טבולים של מחליף חום-צנרת אספקת הקיטור, קווי החזרת העיבוי, סוגרי התמיכה והחלקים העליונים של סלילי הטבילה-מתכלים מבחוץ בעוד החלקים השקועים נשארים שלמים.
PTFE חסין להתקפת חומצה-בפאזה מאותה סיבה שהוא חסין להתקפת-שלב נוזלי: לא ניתן לחמצן את קשר הפחמן-פלואור, לבצע הידרוליזה או להגיב איתו בכל ריכוז חומצה בצורת נוזל או אדים.
מנגנון הקורוזיה של האדים-על מתכות
פלדת אל חלד באזור האדים מעל אמבט חומצה הידרוכלורית או גופרתית קורוזיה על ידי מנגנון שונה מהותית מקורוזית טבילה. באמבטיה, משטח המתכת נרטב ללא הרף. קצב הקורוזיה מוגבל על ידי דיפוזיה של מגיבים דרך הסרט הנוזל. באזור האדים, פני השטח עוברים במחזוריות בין רטוב ליבש כאשר עיבוי נוצר ומתאדה.
במהלך השלב הרטוב, ערפל חומצה המומס בקונדנסט תוקף את הסרט הפסיבי. ריכוז החומצה בעיבוי יכול לעלות על ריכוז האמבט מכיוון שהמים מתאדים בצורה מועדפת, ומשאירים אחריהם טיפות חומצה מרוכזות. במהלך השלב היבש, שאריות החומצה מתגבשות. הגבישים היגרוסקופיים-הם סופגים לחות מהאוויר במהלך התקופה הלחה הבאה, ויוצרים מחדש-חומצה מרוכזת בממשק המתכת-הגבישים.
המחזור הרטוב-היבש והשפעת הריכוז יוצרים שיעורי קורוזיה מקומיים הגבוהים פי 2- מקצב הטבילה המתמשכת. אזור ההתזה, שבו טיפות נוזלים כתוצאה מתסיסה או תנועת חומר מרטיבים את פני השטח לסירוגין, אגרסיבי עוד יותר. זו הסיבה שתנורי חימום מתכתיים נכשלים תחילה בממשק האוויר-נוזל.
| פרמטר קורוזיה של אזור האדים | נירוסטה 316L | טיטניום דרגה 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| שיעור קורוזיה באזור אדים ביחס לאזור טבול | 2-5× | 1.5-3× | 1.0× (אפס בשניהם) |
| ריכוז חומצה מעובה לעומת אמבטיה | 1.2-2.0× (אפקט אידוי) | אוֹתוֹ | אין השפעה |
| נזקי רכיבה רטובים-יבשים | חמור (התמוטטות סרט פסיבי) | לְמַתֵן | אַף לֹא אֶחָד |
| התקפה של אזור השפריץ | חָמוּר | לְמַתֵן | אַף לֹא אֶחָד |
| מצב פני השטח החיצוניים לאחר שנה | מגולענים, מוכתמים בחלודה- | חרוט, דהוי | ללא שינוי |
| דרישת ציפוי מגן | נדרש לעתים קרובות (אפוקסי, עטיפה) | לפעמים נדרש | לא חובה |
בסיס חסינות PTFE
PTFE אינו מסתמך על סרט פסיבי. עמידות הקורוזיה שלו היא אינהרנטית למבנה המולקולרי. אנרגיית ניתוק קשרי הפחמן -פלואור של כ-485 קילו-ג'ל/מול עולה על האנרגיה הזמינה מכל תגובת עיבוי חומצה בטמפרטורות הקיימות באזור האדים (בדרך כלל 30-70 מעלות). מולקולות החומצה, בין אם הן בטיפות נוזליות או בצורת אדים, נתקלות במשטח שאינו מציע מסלול תגובה.
האופי ההידרופובי של PTFE מספק מנגנון הגנה נוסף. טיפות חומצה מתעבות מתעבות על פני השטח במקום להרטיב אותו. הם מתגלגלים או מתאדים כטיפות בדידות במקום ליצור סרט מוליך רציף. הרכיבה הרטובה- היבשה שהורסת סרטים פסיביים של מתכת אינה משפיעה על PTFE מכיוון שאין סרט להרוס.
ניתן לייצר את כל-הצינורות הטבולים של מחליף החום, הכותרות, חיבורי הצנרת החיצוניים ומסגרת התמיכה-מ-PTFE או רכיבי פלואורפולימר מתאימים, המספקים חסינות מלאה בכל שלושת אזורי הקורוזיה.
ההשלכה המעשית לחיי המחמם
קורוזיה של -אזור האדים של תנורי חימום מתכתיים קובעת לעתים קרובות את חיי השירות הכוללים. סליל טיטניום שיחזיק מעמד 5 שנים בהתבסס על שיעורי קורוזיה בטבילה עלול להיכשל תוך 2-3 שנים עקב בור חיצוני בקו המים. הכשל הוא בלתי צפוי מכיוון שהחלקים השקועים נראים שלמים במהלך הבדיקה. ההתקפה החיצונית מוסתרת מעל מפלס הנוזל, נראית רק כאשר המיכל מתרוקן.
למחלפי PTFE אין אזור כשל נסתר. לכל חלק של המחליף, שקוע או חשוף, יש את אותה חסינות כימית. חיי השירות נקבעים על ידי האזור התובעני ביותר-הקטע השקוע בלחץ קיטור-ולא על ידי מנגנון קורוזיה חיצוני שהתעלם ממנו.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE שורדים חשיפה לאדי חומצה מעורבים מעל רמת הנוזל, מכיוון שחסינות הקורוזיה של הפלואורופולימר משתרעת באופן שווה על שלבי נוזל ואדי. שלא כמו נירוסטה וטיטניום, הסובלים מתקפה חיצונית מואצת כתוצאה מתעבות חומצה ורכיבה רטובה- יבשה באזור האדים, PTFE אינו מושפע. כל המחליף-הטבול, האדים-חשוף ואזור ההתזה- חולק את אותה אינרציה כימית.
ביטול קורוזיה של -אדים מסיר מנגנון כשל נסתר שקובע לעתים קרובות את חיי השירות של תנורי חימום מתכתיים. למחלפי PTFE אין "אזור נשכח" שבו התקפה חיצונית יכולה לקצר את חיי הציוד באופן בלתי צפוי.
תמיכה הנדסית למפרט מחליף חום PTFE בסביבות אדים לא מאווררות או אגרסיביות זמינה עם הגשת כימיה לאמבטיה, טמפרטורת הפעלה, עיצוב אוורור מיכל וכל היסטוריה של קורוזיה חיצונית בתנורי חימום נוכחיים.
