Et metallverksted hentet en PTFE-dyppevarmer fra en alkalisk rensetank etter fem måneders bruk. Hylseoverflaten var dekket med en hard, glassaktig film som motsto fjerning med fortynnet syre. Vedlikeholdsteamet måtte bruke en meisel for å bryte vekk filmen, som skar ut PTFE flere steder. Filmen var ikke vanlig kalsiumkarbonatskala. Det var et silikatglass som hadde smeltet sammen på varmeovnens overflate.
Silikatglassfilmer er blant de mest seige avleiringene som finnes på PTFE-dyppeovner. De dannes i alkaliske rengjøringsbad som inneholder natriumsilikat, et vanlig tilsetningsstoff som brukes til buffering, korrosjonshemming og jordsuspensjon. Silikatet polymeriserer på varme overflater for å danne et glass-lignende lag som binder seg kjemisk til PTFE.
Hvorfor dannes silikatfilmer på varme overflater
Natriumsilikat er en blanding av natriumoksid og silisiumdioksid. I løsning eksisterer det som silikationer. Når løsningen kommer i kontakt med en varm overflate, polymeriserer silikatet-silikationene kobles sammen for å danne lange kjeder og nettverk. Polymerisasjonen drives av temperatur og av fordampning av vann ved den varme overflaten.
Det polymeriserte silikatet danner en film som er hard, kjemisk motstandsdyktig og tett bundet til overflaten. Filmen vokser etter hvert som mer silikatavleiringer. Det blir tykkere og mer glass-over tid. I motsetning til karbonatskala, som fester seg ved mekanisk sammenlåsing, binder silikatfilmer seg kjemisk til PTFE-overflaten.
| Silikatkonsentrasjon | Badetemperatur | Manteloverflatetemperatur | Filmdannelsesrate | Tid til 1 mm film |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 grader | 75 grader | Lav | 6–12 måneder |
| 2–4% | 70 grader | 85 grader | Moderat | 3–6 måneder |
| 4–6% | 75 grader | 95 grader | Høy | 6–12 uker |
| >6% | 80 grader | 105 grader + | Veldig høy | 3–6 uker |
Silikatfilmdannelseshastigheter som en funksjon av konsentrasjon og manteltemperatur
Hvorfor silikatfilmer er mer skadelige enn karbonatskala
Karbonatavleiring er relativt myk og porøs. Den fester seg ved mekanisk sammenlåsing og svake van der Waals-krefter. Fortynnet syre løser det opp, og PTFE-overflaten under er vanligvis intakt.
Silikatfilmer er forskjellige. De er harde, tette og kjemisk bundet til PTFE. Silikatnettverket danner kovalente bindinger med polymeroverflaten. Filmen løses ikke opp i syre. Det krever alkalisk rengjøring eller mekanisk fjerning.
Mekanisk fjerning-skraping, meisling eller slipende sprengning-skader PTFE og skaper kjernedannelsessteder for fremtidig filmdannelse. De skadede områdene er mer mottakelige for silikatbinding enn den opprinnelige glatte overflaten.
Rollen til kappens overflatetemperatur
Silikatpolymerisasjonshastigheten øker med temperaturen. Hver 10 graders økning dobler omtrent hastigheten. En varmeovn som opererer ved 95 graders overflatetemperatur danner silikatfilm dobbelt så raskt som en ved 85 grader.
Overflatetemperaturen avhenger av watttettheten og strømningsforholdene. En varmeovn som opererer på 1,4 W/cm² i et moderat omrørt bad kan ha en overflatetemperatur på 15–20 grader over bulken. En varmeovn på 0,9 W/cm² kan ha en overflatetemperatur bare 10–12 grader over bulken. Den lavere watttettheten reduserer overflatetemperaturen og bremser filmdannelsen.
Forhindrer silikatfilmdannelse
Den mest effektive forebyggingen er å redusere kappens overflatetemperatur. En lavere watttetthet holder overflaten kjøligere og reduserer polymerisasjonshastigheten. En varmeovn som opererer med 0,9 W/cm² kan ta dobbelt så lang tid å danne en 1 mm film som en med 1,4 W/cm².
En polert overflate reduserer vedheftstyrken til silikatfilmen. En glatt overflate gir færre nukleasjonssteder og mindre mekanisk sammenlåsing. Polerte overflater forlenger rengjøringsintervallet med 30–50 % sammenlignet med standard overflater.
Regelmessig rengjøring fjerner filmen før den blir tykk og seig. En tynn film er lettere å fjerne enn en tykk. Rengjøringsintervallet bør være basert på inspeksjonsfunn, ikke en fast kalender.
| Forebyggende tiltak | Effekt på filmdannelse | Implementering |
|---|---|---|
| Lavere watttetthet, 0,9 W/cm² | Langsommere polymerisering | Varmeapparat design |
| Polert overflate | Redusert vedheft | Varmeapparat finish |
| Regelmessig rengjøring | Forhindrer tykk film | Vedlikeholdsplan |
| Redusert silikatkonsentrasjon | Lavere avsetningsrate | Badkjemikontroll |
Forebyggende tiltak for silikatfilmdannelse i alkaliske rengjøringsmidler
Rengjøring av silikatfilmer uten å skade varmeren
Silikatfilmer løses ikke opp i syre. De krever alkalisk rengjøring eller mekanisk fjerning.
En alkalisk rengjøringsløsning -vanligvis 5–10 % natriumhydroksid ved 50–60 grader -kan myke silikatfilmen og la den børstes bort. Rengjøringsløsningen bør sirkuleres eller røres for å opprettholde kontakt med filmen. Varmeren bør inspiseres etter rengjøring for å bekrefte at filmen er fjernet.
Mekanisk fjerning bør være en siste utvei. Hvis mekanisk fjerning er nødvendig, bruk en plastskrape eller en myk børste. Ikke bruk stålbørster, metallskraper eller slipeputer, som vil skade PTFE.
Når silikatfilm indikerer et spesifikasjonsproblem
En varmeovn som utvikler tykke silikatfilmer til tross for regelmessig rengjøring, indikerer at varmeren fungerer med en watttetthet som er for høy for badets kjemi. En tilpasset PTFE-dykkvarmerkonfigurasjon med lavere watttetthet, en polert overflate og et større overflateareal adresserer årsaken til silikatavsetning. Spesifikasjonsprosessen krever badkjemien, silikatkonsentrasjonen, driftstemperaturen og nødvendig effekt. For anlegg med silikat-inneholdende alkaliske rengjøringsmidler, reduserer denne applikasjons-spesifikke tilnærmingen filmdannelse og forlenger varmeapparatets levetid.
