Üllatav skaalakiht
PTFE on määratud selle mittenakkuva pinna jaoks. Madal pinnaenergia tõrjub vett, takistab nakkumist ja takistab enamiku katlakivi kinnitumist. Kuid operaatorid avastavad aeg-ajalt pärast kuudepikkust teenindust PTFE-soojusvaheti torudel kõva, kleepuva katlakivi. Mittekleepuv pind näib olevat ebaõnnestunud.
Skaala ei ole PTFE materjali omaduste rike. See on temperatuuripiirangute mittejärgimine, mille piires see omadus töötab. Seina kriitilisest temperatuurist kõrgemal ületab katlakivi moodustumise füüsika PTFE adhesioonivastase -eelise. Katlakivi seostub mitte keemilise adhesiooni, vaid erineva mehhanismi kaudu: kristalne blokeering polümeeri pinnaga.
Kaks skaleerimismehhanismi
Katlakivi moodustub soojusvaheti pindadel kahe erineva mehhanismi kaudu. Esimene on tahkete osakeste sadestumine: põhilahuses-moodustunud kristallid settivad pinnale ja kleepuvad van der Waalsi jõudude kaudu. PTFE madal pinnaenergia peab sellele mehhanismile tõhusalt vastu. Nõrgad tõmbejõud ei suuda ületada osakeste kalduvust voolavasse lahusesse uuesti{4}}kaasata.
Teine mehhanism on pinnakristallisatsioon: lahustunud ioonid sadestuvad otse soojusülekande pinnale. See juhtub siis, kui seina temperatuur põhjustab kohalikke kontsentratsioonimuutusi. Pöördlahustuvate soolade, nagu kaltsiumsulfaat, kaltsiumkarbonaat ja kaltsiumfosfaat, lahustuvus väheneb temperatuuri tõustes. Eelistatud sademekohaks saab süsteemi kõige kuumem pind-soojusvaheti toru sein-.
Pinna kristallisatsioon ei vaja keemilist adhesiooni. Kristallid tuumastuvad otse toru seinaga külgnevas piirkihis, seejärel muutuvad pinna mikro{1}}kareduseks. Kasvav kristall haakub füüsiliselt polümeeri pinna topograafiaga. See mehaaniline blokeerimine ei vaja keemilist sidumist ja seda ei kahjusta madal pinnaenergia.
Tabel 1: Katlakivi raskusaste vs. PTFE seina temperatuur tavaliste vanni sademete korral
| Seina temperatuur (kraad) | Kaltsiumsulfaadi skaala | Kaltsiumkarbonaadi skaala | Metallhüdroksiidi muda | Skaala adhesioonitugevus |
|---|---|---|---|---|
| 60-80 | Minimaalne | Minimaalne | Lahtine, kergesti loputav | Väga nõrk |
| 80-100 | Kerge hoius | Kerge hoius | Mõõdukas järgimine | Nõrk |
| 100-120 | Mõõdukas skaala | Mõõdukas skaala | Tugevalt kinnitatud | Mõõdukas |
| 120-140 | Raske kristalne skaala | Raske skaala | Tugevalt seotud | Tugev |
| 140-160 | Tõsine, kiire kogunemine | Raske | Raske eemaldada | Väga tugev |
| >160 | Ekstreemsed sademed | Ekstreemne | Nõuab mehaanilist eemaldamist | Ekstreemne |
Andmed kaltsiumsulfaadi kohta väävelhapet- sisaldavatest vannidest; kaltsiumkarbonaat kareda vee süsteemidest; metallhüdroksiidid rauast ja alumiiniumist, mis sisaldavad elektrolüüte. Adhesiooni mõõdetakse veejoa eemaldamise rõhuga.
Seina temperatuuri päästik
Üleminek juhitavalt probleemsele katlakivile toimub enamiku sademete puhul seinatemperatuuridel 100–120 kraadi. Alla 100 kraadi on pinna kristalliseerumiskiirus aeglane. PTFE madal pinnaenergia annab märkimisväärset kasu, takistades algset kristallide tuuma moodustumist, mis viib mehaanilise blokeerumiseni.
Üle 120 kraadi kiireneb kristalliseerumiskiirus eksponentsiaalselt. Piirkiht on kiiresti üleküllastunud. Kristallid tuumastuvad ohtralt, ületades mis tahes tuumaresistentsuse madala-energiaga pinnalt. Pärast õhukese kristallikihi moodustumist toimub järgnev kristallide kasv olemasoleval skaalal, mitte PTFE-l. PTFE pinnaenergia muutub ebaoluliseks.
Aururõhk reguleerib otseselt seina temperatuuri. Aur 3 bargi juures tekitab 143 kraadise küllastustemperatuuri, luues seina temperatuurid vahemikus 120-140 kraadi. See on ohutsoon, kus mastaapimine muutub häirivalt probleemiks. Aur 6 bargiga surub seina temperatuuri hästi tugevasse katlakivi režiimi.
Ennetusstrateegiad
Vähendage aururõhku miinimumini, mis vastab küttenõuetele. Madala-rõhuga aur 1-2 bargi juures hoiab seina temperatuuri alla 120 kraadi, kus PTFE kleepumisvastased omadused jäävad tõhusaks. Karistus on suurem nõutav pindala. Kasu on järsult vähenenud skaleerimine.
Suurendage lahuse kiirust toru pinnal. Suurem kiirus õhendab piirkihti, vähendades kristallide tuuma moodustumise viibimisaega. Samuti suurendab see tekkivatele kristallidele mõjuvat nihkejõudu, aidates neid paigast tõrjuda enne, kui need kasvavad mehaaniliseks blokeerimiseks piisavalt suureks.
Rakendustes, kus kõrge aururõhk on vältimatu, nõustuge, et perioodiline katlakivi eemaldamine on vajalik. PTFE mähiste katlakivi eemaldamine on lihtsam kui metallpoolide puhul{1}}katlakivi saab torusid painutades sageli lahti murda ja keemiliselt inertne pind talub happelist puhastamist ilma korrosioonita.
Kokkuvõte
PTFE soojusvaheti skaleerumine üle 150 kraadise seinatemperatuuri toimub pinna kristalliseerumise ja mehaanilise blokeerimise, mitte keemilise adhesiooni kaudu. PTFE adhesioonivastane -omadus on tõeline, kuid kõrgetel temperatuuridel toimuv kiire kristalliseerumiskineetika mõjutab seda.
Seina temperatuuri hoidmine alla 120 kraadi madalama aururõhu abil säilitab mittenakkuvuse. Suurem lahuse kiirus täiendab seda, suurendades tekkivate kristallide nihke eemaldamist. Kui kõrgel-temperatuuril töötamine on vältimatu, muutub perioodiline mehaaniline või keemiline katlakivieemaldus hooldusrutiini osaks.
Tehnilised soovitused katlakivi vältimiseks konkreetsetes PTFE-soojusvaheti rakendustes on saadaval pärast lahuse keemia, töötemperatuuri, aururõhu ja vaadeldud katlakivi ajaloo esitamist.
