Vannlinjefeilmønsteret
Alkaliske avfettingsbad-natriumhydroksid, natriumkarbonat og overflateaktive stoffer ved 70-90 grader -brukes til å rengjøre metalldeler før plettering eller maling. Varmeovner i rustfritt stål i disse badene utvikler et karakteristisk feilmønster: lokalisert angrep på luft-væskegrensesnittet. Rørveggen tynner, groper og lekker til slutt nøyaktig ved vannlinjen, mens de fullstendig nedsenkede delene under og de dampeksponerte delene over forblir relativt intakte.
Angrepet er forårsaket av en kombinasjon av kaustisk konsentrasjon ved den fordampende vannlinjen, oksygenanrikning fra luften og strekkspenning i rørveggen fra internt damptrykk. Kombinasjonen av konsentrert alkali, oksygen og spenning skaper forhold for kaustisk spenningskorrosjon-en kjent feilmodus for rustfritt stål.
PTFE er immun mot kaustisk angrep i alle konsentrasjoner og temperaturer opp til 260 grader. Det er ikke utsatt for spenningskorrosjonssprekker. Vannlinjefeilmodusen er eliminert.
Vannlinjeangrepsmekanismen
Ved luft-væskegrensesnittet fukter den alkaliske løsningen røroverflaten og fordamper kontinuerlig. Vannet fordamper; natriumhydroksidet ikke. Den kaustiske konsentrasjonen ved vannlinjen øker til mange ganger bulkkonsentrasjonen. En 5 % NaOH bulkløsning kan konsentrere seg til 20-30 % ved den fordampende vannlinjen.
Samtidig blir vannlinjen utsatt for atmosfærisk oksygen. Oksygenet depolariserer den katodiske reaksjonen, og akselererer korrosjonshastigheten. Den passive filmen på rustfritt stål-Cr₂O₃- er stabil i alkaliske løsninger ved moderate temperaturer, men kan angripes av konsentrert, varm NaOH, spesielt i nærvær av oksygen og strekkspenning.
Det indre damptrykket skaper bøylespenning i rørveggen. Kombinasjonen av konsentrert kaustisk, oksygen og strekkspenning initierer korrosjon av kaustisk spenning. Sprekker forplanter seg langs korngrensene. Sprekken trenger til slutt gjennom veggen og forårsaker en lekkasje.
| Vannlinjeangrepsparameter | Rustfritt stål 304 | Rustfritt stål 316L | PTFE |
|---|---|---|---|
| Kaustisk konsentrasjon ved vannlinje | 2-6× bulk (fordampningseffekt) | 2-6× bulk | Ingen effekt |
| Oksygen tilgjengelighet | Høy (atmosfærisk) | Høy | Ingen effekt |
| Kaustisk SCC-følsomhet | Høy | Moderat | Ingen (ingen SCC-mekanisme) |
| Vannlinjekorrosjonshastighet (relativ) | 1.0 (grunnlinje) | 0.6-0.8 | 0 |
| Levetid i alkalisk avfettingsmiddel (år) | 1-3 | 2-4 | 10+ |
PTFE-immunitet
PTFE har ingen passiv film som kan brytes ned. Den har ingen korngrenser som sprekker kan forplante seg langs. Det er kjemisk inert overfor natriumhydroksid i alle konsentrasjoner og temperaturer opp til 260 grader. Den kaustiske konsentrasjonen ved vannlinjen, enten 5 % eller 50 %, har ingen innvirkning på materialet.
PTFE-overflaten er hydrofob. Den alkaliske løsningen fukter den ikke. Det er ingen kontinuerlig væskefilm ved vannlinjen for å fordampe og konsentrere kaustikumet. Overflaten forblir tørr eller bærer bare isolerte dråper. Vannlinjekonsentrasjonseffekten som driver angrepet på rustfritt stål forekommer ikke på PTFE.
Den operasjonelle fordelen
Eliminering av vannlinjekorrosjon forlenger levetiden til varmeveksleren fra 1-4 år til over 10 år. Den hyppige utskiftingen av varmeovner i rustfritt stål-med tilhørende nedetid, arbeid og avhendingskostnader - er eliminert. Badet er ikke forurenset med korrosjonsprodukter fra varmeren, noe som forlenger levetiden til avfettingsløsningen.
Sammendrag
Alkaliske avfettingsbad angriper varmeovner i rustfritt stål ved luft-væskegrensesnittet gjennom kaustisk konsentrasjon, oksygenanrikning og sprekkdannelse av kaustisk spenning. PTFE-varmevekslere er immune-de har ingen passiv film, ingen korngrenser og ingen mottakelighet for kaustisk SCC. Den hydrofobe PTFE-overflaten forhindrer vannlinjekonsentrasjonseffekten. Levetiden forlenges fra 1-4 år til over 10 år.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i alkaliske rengjørings- og avfettingsapplikasjoner er tilgjengelig ved innsending av badkjemi, driftstemperatur, gjeldende varmeovns levetid og feilplasseringer.
