Skalaproblemet uten mykgjøring
Industrianlegg som bruker hardt vann til prosessoppvarming står overfor en vedvarende utfordring: dannelse av kalsiumkarbonatbelegg på varmeveksleroverflater. Skallen dannes når oppløst kalsiumbikarbonat brytes ned ved overflaten av varmerøret: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O. Kalsiumkarbonatet utfelles som et hardt, vedhengende lag som isolerer rørene og reduserer varmeoverføringen.
Den tradisjonelle løsningen er kjemisk vannmykning-ionebytting for å fjerne kalsium- og magnesiumioner-eller kjemiske avleiringshemmere-polyfosfater, fosfonater, polymerer. Disse behandlingene legger til kapitalkostnader, driftskostnader og krav til kjemikaliehåndtering. De introduserer også natrium, fosfat eller polymer i vannet, noe som kan være uønsket for prosessen.
En PTFE varmeveksler motstår kalkdannelse gjennom iboende materialegenskaper, reduserer eller eliminerer behovet for kjemisk vannbehandling.
Den doble mekanismen for skalamotstand
PTFE motstår kalsiumkarbonatskalering gjennom to uavhengige mekanismer: en lavere veggtemperatur som reduserer den kjemiske drivkraften for nedbør, og en lav-energioverflate som forhindrer sterk adhesjon av krystaller som dannes.
Den lavere veggtemperaturen er en konsekvens av PTFEs lave varmeledningsevne. I et metallrør er veggtemperaturen nesten jevn fra dampside til prosessside. Den ytre overflatetemperaturen nærmer seg dampmetningstemperaturen -vanligvis 120-150 grader for lav- til middels trykkdamp. I et PTFE-rør synker temperaturen med 20-35 grader over rørveggen. Den ytre overflatetemperaturen er 85-115 grader for de samme dampforholdene.
Kalsiumkarbonatutfelling er sterkt temperatur-avhengig. Hastigheten dobles omtrent for hver 10 graders økning i overflatetemperatur. Den 20-35 grader lavere veggtemperaturen til PTFE reduserer nedbørshastigheten med en faktor på 4-10 sammenlignet med en metallisk overflate.
| Skaleringsmotstandsparameter | Rustfritt stål | Titanium | PTFE |
|---|---|---|---|
| Veggtemperatur ved 3 barg damp (grad) | 120-140 | 125-145 | 85-115 |
| Relativ CaCO3-utfellingshastighet | 1.0 (grunnlinje) | 1.1-1.3 | 0.1-0.25 |
| Overflateenergi (mN/m) | 40-50 | 35-45 | 18-20 |
| Skala vedheftstyrke (relativ) | 1.0 (grunnlinje) | 0.7-0.9 | 0.05-0.15 |
| Metode for fjerning av kalk | Syreavkalking | Syreavkalking | Skyll med vann eller tørk forsiktig av |
Adhesjonsforebygging
Kalsiumkarbonatkrystaller som kjerner i bulkvæsken eller ved røroverflaten må feste seg til overflaten for å danne et avleiringslag. På metalliske overflater binder krystallene seg gjennom elektrostatisk tiltrekning mellom den ladede krystalloverflaten og den ladede metalloksidoverflaten, og gjennom mekanisk sammenlåsing med overflateruhet.
På PTFE fungerer ingen av mekanismene effektivt. PTFE-overflaten er ikke-polar og elektrisk ikke-ledende-uten elektrostatisk tiltrekning. Overflaten er ekstremt glatt i mikroskopisk skala-ingen mekanisk sammenlåsing. Krystaller som dannes nær overflaten blir feid bort av vannstrømmen i stedet for å feste seg.
Avleiringen som samler seg på PTFE-over lengre perioder, i veldig hardt vann-er en løs, pulveraktig avleiring, ikke en hard, krystallinsk avleiring. Den kan fjernes med en enkel vannskylling eller skånsom avtørking, uten syreavkalkingen som kreves for metalliske overflater.
Den operasjonelle og økonomiske fordelen
Eliminering av kjemisk vannmykning eller avleiringshemmende behandling reduserer driftskostnadene og forenkler vannbehandlingssystemet. Eliminering av syreavkalking reduserer vedlikeholdsarbeid, kjemiske kostnader, generering av farlig avfall og produksjonsstans. For anlegg der vannets hardhet er moderat (under 200 ppm som CaCO₃), kan en PTFE varmeveksler eliminere behovet for beleggkontrollbehandling.
Sammendrag
PTFE-varmevekslere motstår dannelse av hardt vannbelegg gjennom en lavere veggtemperatur som reduserer den kjemiske utfellingshastigheten, og en overflate med lav-energi som forhindrer sterk krystalladhesjon. Den doble mekanismen eliminerer eller reduserer behovet for kjemisk vannmykning og syreavkalking. PTFE gir en ikke-kjemisk tilnærming til skaleringskontroll, reduserer driftskostnader og forenkler vannbehandling.
Teknisk støtte for PTFE varmevekslerspesifikasjoner i hardtvannsapplikasjoner er tilgjengelig ved innsending av vannhardhet, driftstemperatur, gjeldende skalakontrollmetoder og avkalkingsfrekvens.
