Unustatud korrosioonitsoon
Töötlemismahutites on kolm korrosioonitsooni: täielikult sukeldatud tsoon, vedeliku kohal olev aururuum ja õhu{0}}vedeliku liidese pritsmeala. Soojusvaheti disain keskendub peaaegu täielikult sukeldatud tsooni-protsessivedeliku keemiale, temperatuurile ja voolutingimustele. Eeldatakse, et aururuum on healoomuline. Ei ole.
Kuuma happevanni kohal on õhk küllastunud happeudu ja veeauruga. Kondensatsioon jahedamatel pindadel tekitab kontsentreeritud happepiiskasid. Hapnikku on palju-erinevalt sukeldatud tsoonist, kus lahustunud hapnik on piiratud. Suure hapnikusisalduse, kondenseeruva happe ja kõikuva temperatuuri kombinatsioon loob söövitavama keskkonna kui vann ise. Soojusvaheti-auruvarustustorustiku, kondensaadi tagasivoolutorude, tugiklambrite ja sukelmespiraalide ülemised osad-kastetavad osad-korrodeeruvad väljastpoolt, samas kui sukeldatud osad jäävad puutumata.
PTFE on immuunne auru{0}}faasi happerünnakule samal põhjusel, mis on immuunne ka vedela-faasi rünnakule: süsinik-fluori sidet ei saa oksüdeerida, hüdrolüüsida ega muul viisil reageerida happe kontsentratsiooniga vedelal või aurulisel kujul.
Metalli{0}}aurufaasi korrosioonimehhanism
Roostevaba teras vesinikkloriid- või väävelhappevanni kohal olevas aurutsoonis korrodeerub mehhanismiga, mis erineb põhimõtteliselt sukelkorrosioonist. Vannis on metallpind pidevalt niisutatud. Korrosioonikiirust piirab reagentide difusioon läbi vedela kile. Aurutsoonis tsirkuleerib pind märja ja kuiva vahel, kuna moodustub ja aurustub kondensaat.
Märja faasi ajal ründab kondensaadis lahustunud happeudu passiivset kilet. Happe kontsentratsioon kondensaadis võib ületada vanni kontsentratsiooni, kuna vesi aurustub eelistatavalt, jättes maha kontsentreeritud happepiiskad. Kuiva faasi ajal happejääk kristalliseerub. Kristallid on hügroskoopsed-neelavad niiskust õhust järgmisel niiskel perioodil, moodustades uuesti kontsentreeritud happe-kristalli metalli liideses.
Märg{0}}kuivtsükkel ja kontsentratsiooniefekt tekitavad lokaalse korrosioonikiiruse, mis on 2-5 korda suurem kui pideva sukeldumise kiirus. Pritsmete tsoon, kus segamisel või tooriku liikumisel tekkinud vedelikupiisad pinda perioodiliselt niisutavad, on veelgi agressiivsem. Seetõttu ebaõnnestuvad metallsoojendid sageli kõigepealt õhu-vedeliku liideses.
| Aurutsooni korrosiooni parameeter | Roostevaba teras 316L | Titaan klass 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korrosioonikiirus aurutsoonis sukeldatud tsooni suhtes | 2-5× | 1.5-3× | 1,0 × (null mõlemas) |
| Kondensaadi happe kontsentratsioon vs vann | 1,2–2,0 × (aurustusefekt) | Sama | Ei mingit mõju |
| Märg{0}}kuiv rattakahjustus | Raske (passiivne filmi rike) | Mõõdukas | Mitte ühtegi |
| Pritsmete tsooni rünnak | Raske | Mõõdukas | Mitte ühtegi |
| Välispinna seisukord 1 aasta pärast | Punktiline, rooste{0}}plekiline | Söövitatud, värvunud | Muutmata |
| Kaitsekatte nõue | Sageli nõutav (epoksiid, pakkimine) | Mõnikord nõutakse | Ei nõuta |
PTFE immuunsuse alus
PTFE ei tugine passiivsele kilele. Selle korrosioonikindlus on omane molekulaarstruktuurile. Süsinik-fluori sideme dissotsiatsioonienergia ligikaudu 485 kJ/mol ületab energia, mis saadakse mis tahes happelise kondensatsioonireaktsiooni korral aurutsoonis esinevatel temperatuuridel (tavaliselt 30–70 kraadi). Happemolekulid, kas vedelate tilkade või aurude kujul, puutuvad kokku pinnaga, millel puudub reaktsioonitee.
PTFE hüdrofoobne olemus annab täiendava kaitsemehhanismi. Kondenseerivad happepiisad pigem helendavad pinnale kui niisutavad seda. Need veerevad maha või aurustuvad pigem diskreetsete tilkadena, mitte ei moodusta pidevat juhtivat kilet. Märg-kuivratas, mis hävitab metallist passiivseid kilesid, ei mõjuta PTFE-d, kuna pole kilet, mida hävitada.
Kogu soojusvaheti -sukeldatud torud, päised, väliste torude ühendused ja tugiraam-saab valmistada PTFE-st või sobivatest fluoropolümeerkomponentidest, tagades täieliku kaitse kõigis kolmes korrosioonitsoonis.
Praktilised tagajärjed küttekeha elueale
Metallist küttekehade aurutsooni{0}}korrosioon määrab sageli üldise kasutusea. Titaanmähis, mis peaks sukeldumiskorrosioonimäärade põhjal vastu 5 aastat, võib 2–3 aasta pärast rikki minna veepiiri välise aukude tõttu. Rike on ootamatu, kuna sukeldatud sektsioonid paistavad kontrollimise ajal terved. Väline rünnak on peidetud vedeliku taseme kohal, nähtav ainult siis, kui paak on tühjendatud.
PTFE soojusvahetitel pole varjatud rikketsooni. Kõigil soojusvaheti osadel, kas sukeldatud või avatud, on sama keemiline immuunsus. Kasutusea määrab kõige nõudlikum tsoon-aururõhu all oleva sukeldatud sektsioon-, mitte tähelepanuta jäetud välise korrosioonimehhanismi järgi.
Kokkuvõte
PTFE-soojusvahetid taluvad kokkupuudet segatud happeaurudega üle vedeliku taseme, kuna fluoropolümeeri korrosioonikindlus laieneb võrdselt nii vedelale kui ka aurufaasile. Erinevalt roostevabast terasest ja titaanist, mida happe kondenseerumine ja märg{1}}kuiv tsükkel aurutsoonis kiirendavad, ei mõjuta see PTFE. Kogu soojusvaheti -kasutatud, auruga avatud-ja pritsmete tsoonil- on sama keemiline inertsus.
Aurufaasi{0}}korrosiooni kõrvaldamine eemaldab varjatud rikkemehhanismi, mis sageli määrab metallist küttekehade kasutusea. PTFE soojusvahetitel pole "unustatud tsooni", kus väline rünnak võib ootamatult seadmete eluiga lühendada.
Tehniline tugi PTFE soojusvaheti spetsifikatsioonidele halvasti ventileeritavas või agressiivses aurukeskkonnas on saadaval vanni keemia, töötemperatuuri, paagi ventilatsiooniprojekti ja praeguste kütteseadmete välise korrosiooni ajaloo kohta.
