Το Πρόβλημα της Δευτέρας το πρωί
Οι γραμμές επιμετάλλωσης σκληρού χρωμίου κλείνουν από Παρασκευή απόγευμα έως Δευτέρα πρωί. Ο ατμός προς τον εναλλάκτη θερμότητας απομονώνεται. Το λουτρό ψύχεται από 55 βαθμούς σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για 12-16 ώρες. Σε περίπου 38-40 μοίρες, οι κρύσταλλοι χρωμικού οξέος αρχίζουν να καθιζάνουν από τον ηλεκτρολύτη 250-400 g/L. Μέχρι το πρωί της Δευτέρας, το εσωτερικό της δεξαμενής -συμπεριλαμβανομένου του εναλλάκτη θερμότητας- είναι επικαλυμμένο με πορτοκαλοκόκκινες κρυσταλλικές εναποθέσεις.
Για τους μεταλλικούς εναλλάκτες θερμότητας, αυτός ο κύκλος κρυστάλλωσης δημιουργεί δύο προβλήματα. Οι αναπτυσσόμενοι κρύσταλλοι ασκούν πίεση διαστολής εντός επιφανειακών μικρο-σχισμών, διευρύνοντάς τες σε θέσεις έναρξης διάβρωσης. Όταν ο ατμός αποκατασταθεί τη Δευτέρα, η ταχεία αναθέρμανση προκαλεί ανομοιόμορφη διάλυση των κρυστάλλων, αφήνοντας πίσω χημικά αλλοιωμένες επιφανειακές ζώνες όπου το παθητικό φιλμ έχει καταστραφεί.
Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, το γεγονός κρυστάλλωσης είναι μηχανικά και χημικά ασήμαντο. Ο μοναδικός συνδυασμός χαμηλής επιφανειακής ενέργειας, υψηλής θερμικής διαστολής και πλήρους χημικής αδράνειας του υλικού μετατρέπει τον μηχανισμό βλάβης για τα μέταλλα σε μη-συμβάν για τα φθοροπολυμερή.
Το Κενό Προσκόλλησης Κρυστάλλων
Οι κρύσταλλοι προσκολλώνται στις επιφάνειες μέσω δύο μηχανισμών: της χημικής σύνδεσης και της μηχανικής σύμπλεξης. Οι μεταλλικές επιφάνειες συμμετέχουν και στα δύο.
Οι επιφάνειες οξειδίων μετάλλων περιέχουν υδροξυλομάδες που σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με μόρια χρωμικού οξέος κατά την κρυστάλλωση. Ο δεσμός είναι αδύναμος μεμονωμένα αλλά ισχυρός συλλογικά σε χιλιάδες σημεία επαφής κρυστάλλων-επιφανειών. Όταν οι κρύσταλλοι διαλύονται κατά την αναθέρμανση, οι τοπικές αλλαγές χημείας της επιφάνειας παραμένουν εκεί όπου σημειώθηκε η σύνδεση.
Οι μεταλλικές επιφάνειες αναπτύσσουν επίσης μικρο-τραχύτητα από τη διάβρωση κατά την κανονική λειτουργία. Οι κρύσταλλοι χρωμικού οξέος αναπτύσσονται σε αυτά τα επιφανειακά ελαττώματα, δημιουργώντας ένα μηχανικό κλειδί που κλειδώνει τον κρύσταλλο στο μέταλλο. Η δύναμη διαστολής των σφηνών ανάπτυξης κρυστάλλων ανοίγει τη μικρο-σχισμή, συμβάλλοντας στην προοδευτική υποβάθμιση της επιφάνειας που παρατηρείται σε μεταλλικά πηνία μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους διακοπής λειτουργίας.
Το PTFE δεν παρουσιάζει κανένα μηχανισμό συγκόλλησης. Η επιφάνεια άνθρακα-φθορίου δεν προσφέρει υδροξυλομάδες για δεσμούς υδρογόνου. Η επιφανειακή ενέργεια των 18-20 mN/m είναι από τις χαμηλότερες από οποιοδήποτε υλικό μηχανικής. Οι κρύσταλλοι μπορεί να καθιζάνουν στην επιφάνεια λόγω της βαρύτητας, αλλά δεν προσκολλώνται. Όταν το λουτρό ξαναθερμαίνεται και αρχίζει η ανάδευση, οι κρύσταλλοι απομακρύνονται από το PTFE και επαναδιαλύονται στον ηλεκτρολύτη.
Πίνακας 1: Σύγκριση ζημιών κρυστάλλωσης κατά την απενεργοποίηση του Σαββατοκύριακου (48ωρη ψύξη από 55 βαθμούς σε 20 μοίρες)
| Παράμετρος | Πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα | Πηνίο τιτανίου | Εναλλάκτης θερμότητας PTFE |
|---|---|---|---|
| Δύναμη πρόσφυσης κρυστάλλου (σχετική) | 1.0 (βασική γραμμή) | 0.7 | < 0.05 |
| Υποβάθμιση επιφάνειας ανά κύκλο απενεργοποίησης | Διάδοση μικρο-σχισμής από σφήνωση κρυστάλλων | Παθητική αραίωση μεμβράνης σε σημεία επαφής κρυστάλλου | Κανένας |
| Απαιτείται διαδικασία Δευτέρας το πρωί | Σταδιακή αναθέρμανση για να αποφύγετε το θερμικό σοκ | Σταδιακή αναθέρμανση. επιθεωρήστε για διάτρηση | Άμεση πλήρης ατμός? χωρίς περιορισμούς |
| Σωρευτική ζημιά μετά από 50 τερματισμούς λειτουργίας | Μετρήσιμη αραίωση τοίχων σε ζώνες επαφής κρυστάλλων | Ορατές τοποθεσίες εκκίνησης διάτρησης | Καμία μετρήσιμη αλλαγή |
| Μόλυνση μπάνιου από κρυσταλλικά-προϊόντα επιφανειακής αντίδρασης | Απελευθερώνονται ιόντα σιδήρου και χρωμίου | Απελευθερώθηκαν ιόντα τιτανίου | Κανένας |
Διαμονή θερμικής επέκτασης
Ο κύκλος αναθέρμανσης το πρωί της Δευτέρας επιβάλλει θερμική διαστολή στον εναλλάκτη θερμότητας. Τα μεταλλικά πηνία διαστέλλονται σε 15-18 × 10-6/μοίρες. Η άκαμπτη δομή, συχνά συγκολλημένη στα στηρίγματα και τις συνδέσεις, αναπτύσσει θερμική καταπόνηση καθώς τα περιορισμένα τμήματα αντιστέκονται στη διαστολή. Οι κρύσταλλοι που έρχονται σε επαφή με τη διαστελλόμενη μεταλλική επιφάνεια συνθλίβονται και κόβονται, αλλά η μηχανική βλάβη στο ήδη υποβαθμισμένο παθητικό φιλμ συσσωρεύεται.
Το PTFE διαστέλλεται σε περίπου 120 × 10-6/ βαθμό -περίπου επτά φορές περισσότερο από τον ανοξείδωτο χάλυβα. Ένας σωλήνας PTFE μήκους 3 μέτρων μεγαλώνει κατά σχεδόν 13 mm όταν θερμαίνεται από 20 βαθμούς σε 55 βαθμούς. Οι σωστά σχεδιασμένοι εναλλάκτες θερμότητας PTFE εξυπηρετούν αυτήν την επέκταση μέσω εύκαμπτων συστημάτων στήριξης και βρόχων διαστολής. Η επιφάνεια του σωλήνα διαστέλλεται ελεύθερα και τυχόν κρύσταλλοι που στηρίζονται χαλαρά απλώς αποσπώνται καθώς αλλάζει η γεωμετρία του σωλήνα.
Η ιξωδοελαστική φύση του υλικού παρέχει ένα επιπλέον πλεονέκτημα. Η ταχεία αναθέρμανση που θα δημιουργούσε καταπόνηση θερμικού σοκ σε άκαμπτα μέταλλα απορροφάται από την κινητικότητα της μοριακής αλυσίδας του PTFE. Δεν υπάρχει κίνδυνος εύθραυστου κατάγματος, δεν απαιτείται σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας και καμία λειτουργική καθυστέρηση το πρωί της Δευτέρας.
Παρατηρήσεις πεδίου από μια σειρά εργασιών Chrome Line
Ένα κατάστημα εργασιών σκληρού χρωμίου που λειτουργεί πέντε δεξαμενές 6.000 λίτρων συνέκρινε την κατάσταση του θερμαντήρα μετά από 24 μήνες πανομοιότυπων κύκλων διακοπής λειτουργίας το Σαββατοκύριακο. Δύο δεξαμενές συγκρατούσαν πηνία τιτανίου. Τρεις δεξαμενές είχαν μετατραπεί σε εναλλάκτες θερμότητας PTFE.
