Esmaspäeva hommikune probleem
Kõvakroomitud liinid suleti reede õhtust esmaspäeva hommikuni. Aur soojusvahetisse on isoleeritud. Vann jahtub 55 kraadilt ümbritseva õhu temperatuurile 12-16 tunni jooksul. Umbes 38-40 kraadi juures hakkavad 250-400 g/l elektrolüüdist sadestuma kroomhappekristallid. Esmaspäeva hommikuks on paagi sisemus, sealhulgas soojusvaheti, kaetud oranžikaspunaste kristallsete ladestustega.
Metallsoojusvahetite puhul tekitab see kristallisatsioonitsükkel kaks probleemi. Kasvavad kristallid avaldavad paisumissurvet pinna mikro{1}}pragudes, laiendades need korrosiooni initsiatsioonikohtadeks. Kui aur taastub esmaspäeval, põhjustab kiire kuumutamine kristallide ebaühtlast lahustumist, jättes maha keemiliselt muutunud pinnatsoonid, kus passiivne kile on kahjustatud.
PTFE soojusvahetite puhul on kristalliseerumise sündmus mehaaniliselt ja keemiliselt ebaoluline. Materjali ainulaadne kombinatsioon madalast pinnaenergiast, suurest soojuspaisumisest ja täielikust keemilisest inertsusest muudab metallide kahjustamise mehhanismi fluoropolümeeride puhul mitte-sündmuseks.
Kristallide adhesioonivahe
Kristallid kleepuvad pindadele läbi kahe mehhanismi: keemilise sideme ja mehaanilise blokeerimise. Metallpinnad osalevad mõlemas.
Metalloksiidpinnad sisaldavad hüdroksüülrühmi, mis moodustavad kristalliseerumisel kroomhappe molekulidega vesiniksidemeid. Side on nõrk üksikult, kuid tuhandete kristallpinna kontaktpunktide vahel tugev. Kui kristallid uuesti kuumutamisel lahustuvad, jäävad lokaalsed pinnakeemilised muutused sinna, kus side tekkis.
Metallpindadel tekib normaalse töö käigus ka korrosioonist mikro{0}}karedust. Kroomhappe kristallid kasvavad nendeks pinnadefektideks, luues mehaanilise võtme, mis lukustab kristalli metalli külge. Kristallide kasvukiilude paisumisjõud avab mikro-prao, aidates kaasa metallimähistel pärast korduvaid väljalülitamistsükleid täheldatud pinna järkjärgulisele lagunemisele.
PTFE-l ei ole kumbagi sidumismehhanismi. Süsinik-fluoripind ei sisalda hüdroksüülrühmi vesiniksideme jaoks. Pinnaenergia 18{6}}20 mN/m on üks madalamaid tehnilisi materjale. Kristallid võivad raskusjõu toimel pinnale settida, kuid nad ei kleepu. Kui vann soojeneb ja segamine algab, eralduvad kristallid PTFE-st ja lahustuvad uuesti elektrolüüdis.
Tabel 1: Kristallisatsioonikahjustuste võrdlus nädalavahetuse seiskamise ajal (48-tunnine jahutamine 55 kraadilt 20 kraadini)
| Parameeter | Roostevabast terasest mähis | Titaani mähis | PTFE soojusvaheti |
|---|---|---|---|
| Kristallide adhesioonitugevus (suhteline) | 1.0 (alustase) | 0.7 | < 0.05 |
| Pinna halvenemine seiskamistsükli kohta | Mikro-pragude levimine kristallkiiludest | Passiivne kile hõrenemine kristallide kokkupuutepunktides | Mitte ühtegi |
| Nõutav esmaspäeva hommikune protseduur | Järk-järguline uuesti soojendamine, et vältida termošoki lõhenemist | Järk-järguline soojendamine; kontrollige aukude esinemist | Kohene täisaur; piiranguid pole |
| Kumulatiivne kahju pärast 50 seiskamist | Mõõdetav seina hõrenemine kristallide kontakttsoonides | Nähtavad süvendite tekkekohad | Mõõdetavat muutust pole |
| Vanni saastumine kristall{0}}pinna reaktsiooniproduktidest | Raua ja kroomi ioonid vabanevad | Titaanioonid vabanevad | Mitte ühtegi |
Soojuspaisutamine Majutus
Esmaspäeva hommikul toimuv soojendustsükkel avaldab soojusvahetile soojuspaisumist. Metallrullid paisuvad 15-18 × 10⁻⁶ kraadi kohta. Jäik konstruktsioon, mida sageli keevitatakse tugede ja ühenduste juures, tekitab termilist pinget, kuna piiratud sektsioonid peavad paisumist vastu. Paisuva metallpinnaga kokkupuutuvad kristallid purustatakse ja lõigatakse, kuid juba lagunenud passiivse kile mehhaanilised kahjustused kogunevad.
PTFE paisub ligikaudu 120 × 10⁻⁶/kraadi juures -umbes seitse korda rohkem kui roostevaba teras. 3-meetrine PTFE toru kasvab 20 kraadilt 55 kraadini kuumutamisel ligi 13 mm. Õigesti konstrueeritud PTFE soojusvahetid võimaldavad seda laienemist paindlike tugisüsteemide ja paisumissilmuste kaudu. Toru pind laieneb vabalt ja kõik lõdvalt seisvad kristallid lihtsalt eralduvad toru geomeetria muutudes.
Materjali viskoelastsus annab täiendava eelise. Kiire kuumutamine, mis tekitaks jäikades metallides termilise šoki stressi, neelab PTFE molekulaarse ahela liikuvus. Puudub rabedate luumurdude oht, temperatuuri järkjärgulise tõusmise nõue ja töö viivitus esmaspäeva hommikul.
Välivaatlused töökoja Chrome'i liinilt
Viis 6000-liitrist paaki töötav kõvakroomitud töökoda võrdles küttekeha seisukorda pärast 24-kuulist identset nädalavahetuse seiskamistsüklit. Kaks paaki säilitasid titaanpoolid. Kolm paaki oli muudetud PTFE soojusvahetiteks.
