Γιατί εξακολουθεί να εμφανίζεται κλιμάκωση σε μια επιφάνεια εναλλάκτη θερμότητας PTFE και πώς σχετίζεται με την υπερβολική θερμοκρασία τοίχου πάνω από 150 βαθμούς;

The Surprising Scale Layer

Το PTFE καθορίζεται για την αντικολλητική του-επιφάνεια. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια απωθεί το νερό, αντιστέκεται στην πρόσφυση και αποτρέπει τη συγκόλληση των περισσότερων αλάτων. Ωστόσο, οι χειριστές ανακαλύπτουν περιστασιακά ένα σκληρό, προσκολλημένο στρώμα κλίμακας σε σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας PTFE μετά από μήνες λειτουργίας. Η μη κολλητική επιφάνεια φαίνεται να έχει αποτύχει.

Η ζυγαριά δεν είναι αστοχία της ιδιότητας υλικού PTFE. Αποτελεί αδυναμία τήρησης των ορίων θερμοκρασίας εντός των οποίων λειτουργεί αυτή η ιδιότητα. Πάνω από μια κρίσιμη θερμοκρασία τοιχώματος, η φυσική του σχηματισμού αλάτων υπερκαλύπτει το πλεονέκτημα κατά της πρόσφυσης-του PTFE. Η ζυγαριά δεν συνδέεται μέσω χημικής πρόσφυσης αλλά μέσω ενός διαφορετικού μηχανισμού: κρυσταλλικής αλληλεπίδρασης με την επιφάνεια του πολυμερούς.

Οι δύο μηχανισμοί κλιμάκωσης

Η κλίμακα σχηματίζεται σε επιφάνειες εναλλάκτη θερμότητας μέσω δύο διακριτών μηχανισμών. Το πρώτο είναι η εναπόθεση σωματιδίων: οι προ{1}}σχηματισμένοι κρύσταλλοι στο χύμα διάλυμα κατακάθονται στην επιφάνεια και προσκολλώνται μέσω των δυνάμεων van der Waals. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια του PTFE αντιστέκεται αποτελεσματικά σε αυτόν τον μηχανισμό. Οι αδύναμες ελκτικές δυνάμεις δεν μπορούν να υπερνικήσουν την τάση των σωματιδίων να-παρασυρθούν ξανά στο ρέον διάλυμα.

Ο δεύτερος μηχανισμός είναι η κρυστάλλωση της επιφάνειας: τα διαλυμένα ιόντα καθιζάνουν απευθείας στην επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας. Αυτό συμβαίνει όταν η θερμοκρασία του τοίχου προκαλεί αλλαγές τοπικής συγκέντρωσης. Για αντιστρόφως διαλυτά άλατα όπως το θειικό ασβέστιο, το ανθρακικό ασβέστιο και το φωσφορικό ασβέστιο, η διαλυτότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η πιο ζεστή επιφάνεια στο σύστημα-το τοίχωμα του σωλήνα του εναλλάκτη θερμότητας-γίνεται η προτιμώμενη θέση βροχόπτωσης.

Η επιφανειακή κρυστάλλωση δεν απαιτεί χημική πρόσφυση. Οι κρύσταλλοι σχηματίζουν πυρήνες στο οριακό στρώμα που βρίσκεται ακριβώς δίπλα στο τοίχωμα του σωλήνα και στη συνέχεια αναπτύσσονται σε μικρο{1}}επιφανειακή τραχύτητα. Ο αναπτυσσόμενος κρύσταλλος συμπλέκεται φυσικά με την τοπογραφία της επιφάνειας του πολυμερούς. Αυτή η μηχανική σύμπλεξη δεν απαιτεί χημικούς δεσμούς και δεν καταστρέφεται από τη χαμηλή επιφανειακή ενέργεια.

Πίνακας 1: Σοβαρότητα κλιμάκωσης έναντι θερμοκρασίας τοίχου PTFE για κοινά ιζήματα μπάνιου επιμετάλλωσης

Δεδομένα για θειικό ασβέστιο από λουτρά θειικού οξέος-που περιέχουν ασβέστιο. ανθρακικό ασβέστιο από συστήματα σκληρού νερού. υδροξείδια μετάλλων από σίδηρο και αλουμίνιο-που περιέχουν ηλεκτρολύτες. Η πρόσφυση μετράται με την πίεση αφαίρεσης πίδακα νερού.

Η ενεργοποίηση θερμοκρασίας τοίχου

Η μετάβαση από διαχειρίσιμη σε προβληματική απολέπιση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες τοιχώματος μεταξύ 100 και 120 μοιρών για τα περισσότερα κοινά ιζήματα. Κάτω από 100 μοίρες, ο ρυθμός κρυστάλλωσης της επιφάνειας είναι αργός. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια του PTFE παρέχει ουσιαστικό όφελος αποτρέποντας τον αρχικό πυρήνα των κρυστάλλων που οδηγεί σε μηχανική σύμπλεξη.

Πάνω από 120 μοίρες, ο ρυθμός κρυστάλλωσης επιταχύνεται εκθετικά. Το οριακό στρώμα υπερκορεσμένο γίνεται γρήγορα. Οι κρύσταλλοι σχηματίζουν πυρήνα σε αφθονία, υπερκαλύπτοντας κάθε αντίσταση πυρήνων από την επιφάνεια χαμηλής-ενέργειας. Μόλις σχηματιστεί ένα λεπτό στρώμα κρυστάλλου, η επακόλουθη ανάπτυξη κρυστάλλου εμφανίζεται στην υπάρχουσα κλίμακα, όχι στο PTFE. Η επιφανειακή ενέργεια του PTFE γίνεται άσχετη.

Η πίεση ατμού ελέγχει άμεσα τη θερμοκρασία του τοίχου. Ο ατμός στα 3 barg παράγει θερμοκρασία κορεσμού 143 μοιρών, δημιουργώντας θερμοκρασίες τοίχου στην περιοχή 120-140 μοιρών. Αυτή είναι η ζώνη κινδύνου όπου η κλιμάκωση μεταβαίνει από ενόχληση σε πρόβλημα. Ο ατμός στα 6 barg ωθεί τη θερμοκρασία του τοίχου καλά στο αυστηρό καθεστώς κλιμάκωσης.

Στρατηγικές Πρόληψης

Μειώστε την πίεση ατμού στο ελάχιστο που πληροί τις απαιτήσεις θέρμανσης. Ο ατμός χαμηλής-πίεσης στο 1-2 barg διατηρεί τη θερμοκρασία του τοίχου κάτω από τους 120 βαθμούς , όπου οι αντικολλητικές ιδιότητες του PTFE παραμένουν αποτελεσματικές. Η ποινή είναι μεγαλύτερη απαιτούμενη επιφάνεια. Το όφελος είναι η δραματική μείωση της απολέπισης.

Αυξήστε την ταχύτητα του διαλύματος στην επιφάνεια του σωλήνα. Η υψηλότερη ταχύτητα λεπταίνει το οριακό στρώμα, μειώνοντας τον χρόνο παραμονής για τη δημιουργία πυρήνων κρυστάλλων. Αυξάνει επίσης τη δύναμη διάτμησης που επενεργεί σε τυχόν κρυστάλλους που σχηματίζονται, βοηθώντας στην απομάκρυνσή τους προτού μεγαλώσουν αρκετά για μηχανική αλληλοσύνδεση.

Για εφαρμογές όπου η υψηλή πίεση ατμού είναι αναπόφευκτη, αποδεχτείτε ότι θα είναι απαραίτητη η περιοδική αφαλάτωση. Η αφαλάτωση των πηνίων PTFE είναι απλούστερη από τα μεταλλικά πηνία-η ζυγαριά μπορεί συχνά να σπάσει με την κάμψη του σωλήνα και η χημικά αδρανής επιφάνεια ανέχεται τον καθαρισμό με οξύ χωρίς διάβρωση.

Περίληψη

Η κλιμάκωση του εναλλάκτη θερμότητας από PTFE πάνω από τη θερμοκρασία τοιχώματος των 150 μοιρών συμβαίνει μέσω κρυστάλλωσης επιφάνειας και μηχανικής αλληλασφάλισης, όχι χημικής πρόσφυσης. Η ιδιότητα κατά της πρόσφυσης του PTFE είναι πραγματική, αλλά κατακλύζεται από την κινητική ταχείας κρυστάλλωσης σε υψηλές θερμοκρασίες.

Η διατήρηση της θερμοκρασίας του τοίχου κάτω από τους 120 βαθμούς μέσω μειωμένης πίεσης ατμού διατηρεί το μη κολλητικό πλεονέκτημα. Η υψηλότερη ταχύτητα διαλύματος συμπληρώνει αυτό αυξάνοντας την αφαίρεση διάτμησης των εκκολαπτόμενων κρυστάλλων. Όταν η λειτουργία σε υψηλές{4} θερμοκρασίες είναι αναπόφευκτη, η περιοδική μηχανική ή χημική αφαλάτωση γίνεται μέρος της ρουτίνας συντήρησης.

Τεχνικές συστάσεις για την πρόληψη αλάτων σε συγκεκριμένες εφαρμογές εναλλάκτη θερμότητας PTFE είναι διαθέσιμες με την υποβολή της χημείας του διαλύματος, της θερμοκρασίας λειτουργίας, της πίεσης ατμού και του παρατηρούμενου ιστορικού κλιμάκωσης.