Τι προκαλεί τον αποχρωματισμό των σωλήνων εναλλάκτη θερμότητας PTFE και επηρεάζει την απόδοση;

Οι κιτρινισμένοι σωλήνες

Κατά τη διάρκεια μιας τακτικής επιθεώρησης, το προσωπικό συντήρησης παρατηρεί ότι οι παρθένοι λευκοί σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας PTFE που εγκαταστάθηκαν πριν από δύο χρόνια έχουν γίνει κίτρινοι-καφέ. Ο αποχρωματισμός είναι ομοιόμορφος σε ορισμένους σωλήνες, αποσπασματικός σε άλλους. Ο εναλλάκτης θερμότητας συνεχίζει να λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Η πίεση ατμού και η απόδοση θερμότητας παραμένουν αμετάβλητα. Το ερώτημα: είναι αυτό καλλυντικό ή σηματοδοτεί την υποβάθμιση του υλικού που απειλεί την ακεραιότητα του σωλήνα;

Ο αποχρωματισμός του PTFE έχει πολλαπλές αιτίες, που κυμαίνονται από αβλαβή επιφανειακή χρώση έως σοβαρή θερμική ή χημική υποβάθμιση. Η διάκριση μεταξύ τους απαιτεί ανάλυση του σχεδίου, της χημείας της διεργασίας και του ιστορικού θερμοκρασίας λειτουργίας. Μια λανθασμένη διάγνωση-η αντικατάσταση σωλήνων που είναι απλώς λεκιασμένα ή η συνέχιση της λειτουργίας σωλήνων που είναι χημικά υποβαθμισμένοι-έχει περιττές συνέπειες κόστους ή ασφάλειας.

Οι Μηχανισμοί Αποχρωματισμού

Η επιφανειακή χρώση εμφανίζεται όταν έγχρωμες ενώσεις από το διάλυμα διεργασίας προσροφούνται στην επιφάνεια PTFE. Τα μεταλλικά ιόντα-ο σίδηρος παράγουν κίτρινο-καφέ, ο χαλκός που παράγει μπλε-πράσινο, το χρώμιο που παράγει πορτοκαλί-μπορούν να εναποτίθενται ως λεπτά φιλμ οξειδίου. Οι οργανικές ενώσεις από την αποσύνθεση του λαμπρυντικού ή τη μόλυνση από λάδι μπορεί να σχηματίσουν καφέ υπολείμματα. Αυτοί οι λεκέδες είναι επιφανειακοί. Δεν διεισδύουν στο PTFE ούτε αλλοιώνουν τις μηχανικές του ιδιότητες.

Ο λεκές μπορεί συχνά να σκουπιστεί ή να ξεπλυθεί, επιβεβαιώνοντας την επιφανειακή του φύση. Εάν ο λεκές δεν σκουπιστεί αλλά η επιφάνεια του σωλήνα παραμένει λεία και το πάχος του τοιχώματος παραμένει αμετάβλητο, η χρώση μπορεί να προσροφηθεί στα εξωτερικά στρώματα πολυμερούς-καλλυντικά αλλά επίμονα.

Η θερμική αποικοδόμηση προκαλεί αποχρωματισμό μέσω κοπής και οξείδωσης της αλυσίδας του πολυμερούς. Οι παρατεταμένες θερμοκρασίες άνω των 260 βαθμών ή η παρατεταμένη λειτουργία κοντά σε αυτό το όριο, προκαλεί το PTFE σε κίτρινο και μετά καφέ, καθώς σχηματίζονται συζευγμένοι διπλοί δεσμοί στη ραχοκοκαλιά του πολυμερούς. Η πραγματική θερμική αποδόμηση συνοδεύεται από μειωμένες μηχανικές ιδιότητες. Ο αποχρωματισμένος σωλήνας αισθάνεται πιο άκαμπτος, μπορεί να εμφανίσει μικρο{4}}σχίσιμο στην επιφάνεια και έχει μειωμένη αντοχή σε εφελκυσμό και επιμήκυνση.

Η χημική επίθεση προκαλεί αποχρωματισμό καθώς η δομή του πολυμερούς αλλοιώνεται χημικά. Ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες, μεταλλικό νάτριο ή ορισμένες οργανικές ενώσεις μπορούν να αφαιρέσουν τα άτομα φθορίου από την αλυσίδα, αφήνοντας μια-πλούσια σε άνθρακα, σκουρόχρωμη επιφάνεια. Η χημική προσβολή συνοδεύεται από τραχύτητα της επιφάνειας, απώλεια μηχανικής ακεραιότητας και συχνά αλλαγή στις διαστάσεις του σωλήνα.

Πίνακας 1: Διάγνωση αποχρωματισμού σωλήνα PTFE

Εκτίμηση Επιπτώσεων Απόδοσης

Η χρώση καλλυντικών από μεταλλικά ιόντα ή οργανικά υπολείμματα έχει αμελητέα επίδραση στη μεταφορά θερμότητας. Το στρώμα κηλίδας είναι από angstroms έως micron πάχος-πολύ λεπτότερο από το θερμικό οριακό στρώμα. Η συνολική τιμή U-δεν επηρεάζεται. Οι σωλήνες με καλλυντική χρώση μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν χωρίς μείωση.

Η πραγματική θερμική ή χημική υποβάθμιση μειώνει το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα ή τη μηχανική του ακεραιότητα. Ακόμα κι αν η μεταφορά θερμότητας φαίνεται κανονική, οι υποβαθμισμένοι σωλήνες έχουν μειωμένα περιθώρια πίεσης διάρρηξης. Ένας σωλήνας που έχει χάσει το 30% της αντοχής του σε εφελκυσμό λόγω θερμικής υποβάθμισης μπορεί να αποτύχει υπό μια εκδρομή πίεσης που θα επιβίωνε ένας υγιής σωλήνας.

Η δοκιμή απόδοσης είναι δευτερεύουσα σε σχέση με τη δοκιμή ακεραιότητας. Εάν ο αποχρωματισμός συνοδεύεται από οποιαδήποτε μείωση στο πάχος του τοιχώματος, οποιαδήποτε επιφανειακή ρωγμή ή οποιαδήποτε μετρήσιμη απώλεια αντοχής σε εφελκυσμό σε ένα δείγμα, οι σωλήνες θα πρέπει να αντικατασταθούν ανεξάρτητα από την τρέχουσα απόδοση μεταφοράς θερμότητας.

Προληπτικά Μέτρα

Η χρώση σιδήρου και χρωμίου μπορεί να μειωθεί ελέγχοντας τα διαλυμένα μέταλλα στο λουτρό διεργασίας. Εάν η πηγή χρώσης είναι ο ίδιος ο εναλλάκτης θερμότητας-ένας μεταλλικός εναλλάκτης ανάντη-η χρώση θα μειωθεί μετά τη μετατροπή σε PTFE σε όλο το σύστημα.

Η θερμική υποβάθμιση αποτρέπεται με τη διατήρηση της θερμοκρασίας του ατμού εντός των ονομαστικών ορίων του PTFE και την αποφυγή της υπερθέρμανσης του ατμού. Μια απουπερθερμαντήρας ή μια βαλβίδα μείωσης{1}}πίεσης διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία κορεσμού του ατμού δεν υπερβαίνει την ονομαστική σχεδίαση του εναλλάκτη.

Η χημική επίθεση αποτρέπεται με την επαλήθευση της συμβατότητας της χημείας της διεργασίας πριν από την εισαγωγή νέων χημικών ουσιών και με τη διερεύνηση τυχόν αλλαγών στη διαδικασία όταν εμφανίζεται αποχρωματισμός.

Περίληψη

Ο αποχρωματισμός του σωλήνα εναλλάκτη θερμότητας PTFE κυμαίνεται από ακίνδυνο λεκέ στην επιφάνεια έως σοβαρή υποβάθμιση του υλικού. Η διάγνωση βασίζεται στο χρώμα, το μοτίβο, την υφή της επιφάνειας, τα αποτελέσματα των δοκιμών wipe και-σε περίπτωση αμφιβολίας-τη δοκιμή μηχανικών ιδιοτήτων. Η καλλυντική χρώση δεν επηρεάζει την απόδοση ή την ακεραιότητα. Η υποβάθμιση που μεταβάλλει τις μηχανικές ιδιότητες απαιτεί αντικατάσταση σωλήνα.

Τα προληπτικά μέτρα περιλαμβάνουν τον έλεγχο των ρύπων της διεργασίας, τη διατήρηση της θερμοκρασίας του ατμού εντός ορίων και την επαλήθευση της χημικής συμβατότητας. Ένας σωλήνας που είναι απλώς λεκιασμένος είναι ασφαλής. ένας σωλήνας που είναι αποχρωματισμένος και εύθραυστος δεν είναι.

Η μηχανική υποστήριξη για την αξιολόγηση αποχρωματισμού σωλήνων PTFE είναι διαθέσιμη με την υποβολή φωτογραφιών, δεδομένων χημείας διεργασιών, ιστορικού θερμοκρασίας λειτουργίας και τυχόν μετρήσεων πάχους τοιχώματος ή μηχανικών ιδιοτήτων.