20% naatriumkloriidi (NaCl) soolvees temperatuuril 60–90 kraadi rikub PFA-soojendi 3 korda kiiremini kui magevees identse vattihedusega (nt 3 W/cm²). Peamine mehhanism ei ole keemiline rünnak PFA-le - sool ei reageeri fluoropolümeeridega -, vaid kiirendatud läbitungimine ja korrosioon soola-indutseeritud muutuste tõttu vee füüsikalistes omadustes. Sool suurendab vee pindpinevust, vähendades PFA pinna märguvust; mullid kleepuvad kauem, tekitades kohalikke kuumi kohti. Sool suurendab ka ioonjuhtivust, nii et kui PFA-s tekivad lõpuks mikropraod, on lekkevool suurem ja metallsüdamiku korrosioon kiirem (kloriidipunktide teke). Kõige tähtsam on see, et sool suurendab keemistemperatuuri tõusu, nii et sama vati tihedus põhjustab soolvees tugevamat lokaalset keemist kui magevees, kahjustades PFA-d kavitatsiooni ja termilise šoki tõttu. Nende mõjude kombinatsioon vähendab küttekeha eluiga 10 000–15 000 tunnilt magevees 3000–5 000 tunnini 20% soolvees temperatuuril 80 kraadi.
Mehhanism: keemistemperatuuri tõus ja kohalik ülekuumenemine
Atmosfäärirõhul keeb magevesi 100 kraadini. PFA-soojendi võimsusega 3 W/cm² magevees on pinnatemperatuur 105–110 kraadi - õrnalt keev, stabiilne tuumakeemisrežiim. 20% NaCl soolvees tõstetakse keemistemperatuur 1 baari juures ligikaudu 105 kraadini. Sama küttekeha võimsusega 3 W/cm² on nüüd pinnatemperatuuril 115–120 kraadi - 10 kraadi kõrgem ΔT. Soojusülekande koefitsient soolvees on 20–30% madalam, kuna kõrgem viskoossus ja pindpinevus pärsivad mullide moodustumist. PFA töötab kuumalt, kiirendades lagunemist (läbilaskvus kahekordistub iga 10–15 kraadi järel). Kuumem pind soodustab ka soola kristalliseerumist (katlakivi teket), mis isoleerib küttekeha veelgi.
Küttekeha kasutusea võrdlus: värske vesi vs{0}}% soolvesi (80 kraadi, 3 W/cm², 2 mm sein)
| Parameeter | Värske vesi | 20% NaCl soolvesi | Erinevus |
|---|---|---|---|
| Keemistemperatuur 1 baari juures | 100 kraadi | 105 kraadi | +5 kraadi |
| PFA pinnatemperatuur 3 W/cm² | 105-110 kraadi | 115-120 kraadi | +10 kraadi |
| Soojusülekandetegur h (W/m²·K) | 800–1,200 | 600–900 | –25% |
| Tuumakeemise stabiilsus | Stabiilne | Katkendlik (mullide adhesioon) | Hullem |
| Kalduvus soolade tekkele | Mitte ühtegi | Mõõdukas (valge hoius) | Probleem |
| Vee läbilaskvus (suhteline) | 1.0x | 2.0–2.5x | Kiiremini |
| Aeg südamiku korrosioonini (tunnid) | 10,000–15,000 | 3,000–5,000 | 3 korda kiirem |
| Rikkerežiim | Ühtlane harvendus | Punktide tekkimine + skaala + pragunemine | Segatud |
Miks kloriid kiirendab südamiku korrosiooni pärast ümbrise purunemist?
Kui PFA ümbrisesse tekivad lõpuks mikropraod või augud (3000–5000 tunni pärast), puutub soolvesi kokku metallsüdamikuga (Incoloy või titaan). Kloriidioonid (Cl⁻) on enamiku metallide suhtes väga agressiivsed. Incoloy 825 kannatab kuumades kloriidilahustes punktkorrosiooni all. Titaan on vastupidavam, kuid mitte immuunne (pragukorrosioon kõrgel temperatuuril). Metallist südamik korrodeerub kiiresti, tekitades metallkloriide, mis paisuvad ja lõhustavad PFA-d veelgi, põhjustades maandusrikke. Magevees põhjustaks sama rikkumine aeglasemat korrosiooni (nädalatest kuudeni). Soolvees ilmneb ebaõnnestumine päevade kuni nädalate jooksul.
Füüsiliste omaduste erinevused
| Kinnistu 80 kraadi juures | Värske vesi | 20% NaCl | Mõju küttekehale |
|---|---|---|---|
| Viskoossus (cP) | 0.35 | 0.45–0.50 | Madalam h, kõrgem pinna temp |
| Pindpinevus (mN/m) | 62 | 72–75 | Mullid kleepuvad, kuumad kohad |
| Soojusjuhtivus (W/m·K) | 0.67 | 0.58–0.62 | Veidi madalam h |
| Erisoojus (J/kg·K) | 4,200 | 3,400 | Kõrgem temperatuuritõus kW kohta |
| Keemistemperatuur ( kraad ) | 100 | 105 | Kõrgem pinna temp |
| Elektrijuhtivus (µS/cm) | 50 | 200,000 | Suurem lekkevool pärast rikkumist |
Leevendus soolveeteenuse jaoks
PFA küttekeha eluea pikendamiseks 20% soolvees:
Vähendage vattide tihedust3 W/cm² kuni 2 W/cm². See alandab pinnatemperatuuri 100–105 kraadini (alla soolvee keemispunkti), välistades keemise.
Kasutage paksemat PFA-d(3 mm sein), et pakkuda rohkem materjali läbitungimiseks ja katlakivi eemaldamiseks.
Lisage tsirkulatsioonipump to increase flow velocity (>0,5 m/s), et pühkida ära mullid ja vältida katlakivi adhesiooni.
Kasutage titaanist südamikku(mitte Incoloy), et takistada kloriidi tekitamist pärast ümbrise purunemist.
Paigaldage katlakivi inhibiitor(polüfosfaat) või perioodiline happepuhastus soolasademete eemaldamiseks.
Välja näide
Mereandide töötlemise tehas kasutas PFA-soojendeid 20% soolvees temperatuuril 75 kraadi. Küttekehad ebaõnnestusid iga 8–10 kuu järel (2500 tundi). Jaam vähendas vattihedust 3,5 W/cm²-lt 2,2 W/cm²-le, paigaldades pikemad küttekehad (sama koguvõimsus). Pinnatemperatuur langes 118 kraadilt 102 kraadile (alla keemistemperatuuri). Küttekeha eluiga pikenes 30–36 kuuni (10 000 tunnini). Taim lisas ka iganädalase magevee loputustsükli, et lahustada soolaladestusi. Suuremate kütteseadmete maksumus (200 dollarit ühiku kohta lisatasu eest) kaeti 6 kuuga, vähendades asendusi.
Järeldus: soolvesi kiirendab keemistemperatuuri tõusu ja kloriidide rünnaku tõttu ebaõnnestumist 3 korda
PFA-soojendi, mis töötab 20% soolvees sama vattitihedusega, läheb rikki 3 korda kiiremini kui magevees, kuna soolvee kõrgem keemistemperatuur (105 kraadi vs . 100 kraadi) tõstab PFA pinnatemperatuuri 10 kraadi võrra, kiirendades läbitungimist ja soodustades soolade katlakivi teket. Kloriidioonid põhjustavad metallsüdamiku kiiret täppide tekkimist, kui kest on purunenud. Võrreldava eluea saavutamiseks soolvees vähendage vattihedust 30–40% (hoidke pinnatemperatuur alla 100 kraadi), kasutage paksemat PFA-d, lisage retsirkulatsiooni ja määrake titaansüdamikud. Soolvesi ei ole mage vesi. Kohtle seda austusega. Vähendage võimsust, jahutage pinda, pikendage eluiga. Sool ei ründa PFA-d - vaid vahetab vett. Mõistke füüsikat, kohandage disaini. Soolvee keetmine on küttekeha tapja. Peatage keetmine, peatage rike.
