Den glemte korrosjonssonen
Prosesstanker inneholder tre korrosjonssoner: den fullstendig nedsenkede sonen, damprommet over væsken og sprutsonen ved luft-væskegrensesnittet. Varmevekslerdesign fokuserer nesten utelukkende på den nedsenkede sonen-kjemien, temperaturen og strømningsforholdene til prosessvæsken. Damprommet antas å være godartet. Det er det ikke.
Over et varmt syrebad er luften mettet med syretåke og vanndamp. Kondens på kjøligere overflater skaper konsentrerte syredråper. Oksygen er rikelig-i motsetning til i nedsenket sone, hvor oppløst oksygen er begrenset. Kombinasjonen av høyt oksygen, kondenserende syre og varierende temperatur skaper et miljø som er mer etsende enn selve badekaret. De ikke-nedsenkede delene av en varmeveksler-damptilførselsrør, kondensatreturledninger, støttebraketter og de øvre delene av dykkspoler-korroderer fra utsiden mens de nedsenkede delene forblir intakte.
PTFE er immun mot damp-fase syreangrep av samme grunn som det er immun mot væske-faseangrep: karbon-fluorbindingen kan ikke oksideres, hydrolyseres eller på annen måte reageres med ved noen syrekonsentrasjon i verken flytende eller dampform.
Damp-fasekorrosjonsmekanismen på metaller
Rustfritt stål i dampsonen over et salt- eller svovelsyrebad korroderer av en mekanisme som er fundamentalt forskjellig fra nedsenkingskorrosjon. I badekaret blir metalloverflaten kontinuerlig fuktet. Korrosjonshastigheten begrenses av diffusjonen av reaktanter gjennom væskefilmen. I dampsonen går overflaten mellom vått og tørt ettersom kondens dannes og fordamper.
Under den våte fasen angriper syretåke oppløst i kondensatet den passive filmen. Syrekonsentrasjonen i kondensatet kan overstige badkonsentrasjonen fordi vann fortrinnsvis fordamper, og etterlater konsentrerte syredråper. Under den tørre fasen krystalliserer syreresten. Krystallene er hygroskopiske.
Den våte-tørre syklusen og konsentrasjonseffekten skaper lokaliserte korrosjonshastigheter 2-5 ganger høyere enn den kontinuerlige nedsenkingshastigheten. Sprutsonen, der væskedråper fra omrøring eller bevegelse av arbeidsstykket fukter overflaten med jevne mellomrom, er enda mer aggressiv. Dette er grunnen til at metalliske varmeovner ofte svikter først ved luft-væske-grensesnittet.
| Dampsonekorrosjonsparameter | Rustfritt stål 316L | Titan klasse 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korrosjonshastighet i dampsone i forhold til nedsenket sone | 2-5× | 1.5-3× | 1,0× (null i begge) |
| Kondensatsyrekonsentrasjon vs. bad | 1,2-2,0× (fordampningseffekt) | Samme | Ingen effekt |
| Våt-tørr sykkelskade | Alvorlig (passiv filmsammenbrudd) | Moderat | Ingen |
| Sprutsoneangrep | Alvorlig | Moderat | Ingen |
| Utvendig overflatetilstand etter 1 år | Groper, rust-flekker | Etset, misfarget | Uendret |
| Krav til beskyttelsesbelegg | Ofte nødvendig (epoksy, innpakning) | Noen ganger nødvendig | Ikke nødvendig |
Grunnlaget for PTFE-immunitet
PTFE er ikke avhengig av en passiv film. Dens korrosjonsmotstand er iboende til molekylstrukturen. Karbon-fluorbindingsdissosiasjonsenergien på omtrent 485 kJ/mol overstiger energien som er tilgjengelig fra enhver syrekondensasjonsreaksjon ved temperaturene som er tilstede i dampsonen (typisk 30-70 grader). Syremolekylene, enten de er i væskedråper eller dampform, møter en overflate som ikke tilbyr noen reaksjonsvei.
Den hydrofobe naturen til PTFE gir en ekstra beskyttelsesmekanisme. Kondenserende syredråper perler på overflaten i stedet for å fukte den. De ruller av eller fordamper som diskrete dråper i stedet for å danne en kontinuerlig ledende film. Den våte-tørre syklusen som ødelegger passive metallfilmer påvirker ikke PTFE fordi det ikke er noen film å ødelegge.
Hele varmeveksler-nedsenkede rør, samlerør, eksterne rørforbindelser og støtteramme-kan lages av PTFE eller passende fluorpolymerkomponenter, og gir fullstendig immunitet gjennom alle tre korrosjonssonene.
Den praktiske konsekvensen for varmeapparatets levetid
Damp-sonen korrosjon av metalliske varmeovner bestemmer ofte den totale levetiden. En titanspiral som vil vare i 5 år basert på nedsenkingskorrosjonshastigheter, kan svikte i løpet av 2-3 år på grunn av ytre groper ved vannlinjen. Feilen er uventet fordi de nedsenkede delene fremstår intakte under inspeksjon. Det ytre angrepet er skjult over væskenivået, kun synlig når tanken er tømt.
PTFE-vekslere har ingen skjult feilsone. Hver del av veksleren, nedsenket eller eksponert, har samme kjemiske immunitet. Levetiden bestemmes av den mest krevende sonen-den nedsenkede delen under damptrykk-i stedet for av en oversett ekstern korrosjonsmekanisme.
Sammendrag
PTFE varmevekslere overlever eksponering for blandede syredamper over væskenivået fordi fluorpolymerens korrosjonsimmunitet strekker seg likt til væske- og dampfaser. I motsetning til rustfritt stål og titan, som lider av akselerert eksternt angrep fra kondenserende syre og våt-tørrsykling i dampsonen, er PTFE upåvirket. Hele veksleren-nedsenket, dampeksponert-og sprutsonen- deler den samme kjemiske inertheten.
Eliminering av damp-fasekorrosjon fjerner en skjult feilmekanisme som ofte bestemmer levetiden til metalliske varmeovner. PTFE-vekslere har ingen "glemt sone" hvor eksternt angrep kan forkorte utstyrets levetid uventet.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i dårlig ventilerte eller aggressive dampmiljøer er tilgjengelig ved innsending av badkjemi, driftstemperatur, tankventilasjonsdesign og enhver historie med ekstern korrosjon på gjeldende varmeovner.
