Delavnica za končno obdelavo kovin je po petih mesecih servisiranja potegnila PTFE potopni grelnik iz rezervoarja za alkalno čiščenje. Površina ovoja je bila prekrita s trdim steklenim filmom, ki se je uprl odstranitvi z razredčeno kislino. Vzdrževalna ekipa je morala uporabiti dleto, da je odstranila film, ki je na več mestih razbodel PTFE. Film ni bil navaden kamen iz kalcijevega karbonata. Bilo je silikatno steklo, ki se je zlilo na površino grelnika.
Filmi iz silikatnega stekla so med najbolj obstojnimi usedlinami na PTFE potopnih grelnikih. Nastanejo v alkalnih čistilnih kopelih, ki vsebujejo natrijev silikat, običajen dodatek, ki se uporablja za pufriranje, zaviranje korozije in suspenzijo zemlje. Silikat polimerizira na vročih površinah in tvori steklo-podobno plast, ki se kemično veže na PTFE.
Zakaj se na vročih površinah tvorijo silikatni filmi
Natrijev silikat je mešanica natrijevega oksida in silicijevega dioksida. V raztopini obstaja kot silikatni ioni. Ko raztopina pride v stik z vročo površino, silikat polimerizira-silikatni ioni se povežejo v dolge verige in mreže. Polimerizacijo poganjata temperatura in izhlapevanje vode na vroči površini.
Polimeriziran silikat tvori film, ki je trd, kemično odporen in se tesno veže na površino. Film raste kot več silikatnih usedlin. Sčasoma postane debelejši in bolj steklast-. Za razliko od karbonatnega kamna, ki se drži z mehanskim zaklepanjem, se silikatni filmi kemično vežejo na površino PTFE.
| Koncentracija silikata | Temperatura kopeli | Temperatura površine plašča | Stopnja nastajanja filma | Čas do 1 mm filma |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 stopinj | 75 stopinj | Nizka | 6–12 mesecev |
| 2–4% | 70 stopinj | 85 stopinj | Zmerno | 3–6 mesecev |
| 4–6% | 75 stopinj | 95 stopinj | visoko | 6–12 tednov |
| >6% | 80 stopinj | 105 stopinj + | Zelo visoko | 3–6 tednov |
Hitrost tvorbe silikatnega filma kot funkcija koncentracije in temperature plašča
Zakaj so silikatne folije bolj škodljive od karbonatnega kamna
Karbonatni kamen je razmeroma mehak in porozen. Sprijema se z mehanskim prepletanjem in šibkimi van der Waalsovimi silami. Razredčena kislina ga raztopi in površina PTFE pod njo je običajno nedotaknjena.
Silikatne folije so drugačne. So trdi, gosti in kemično vezani na PTFE. Silikatna mreža tvori kovalentne vezi s površino polimera. Film se ne topi v kislini. Zahteva alkalno čiščenje ali mehansko odstranitev.
Mehansko odstranjevanje-strganje, klesanje ali abrazivno peskanje-poškoduje PTFE in ustvari mesta nukleacije za prihodnje nastajanje filma. Poškodovana območja so bolj dovzetna za lepljenje silikata kot prvotna gladka površina.
Vloga površinske temperature plašča
Hitrost polimerizacije silikata narašča s temperaturo. Vsakih 10 stopinj povečanja približno podvoji stopnjo. Grelnik, ki deluje pri površinski temperaturi 95 stopinj, tvori silikatni film dvakrat hitreje kot grelec pri 85 stopinjah.
Temperatura površine je odvisna od gostote vata in pogojev pretoka. Grelec, ki deluje pri 1,4 W/cm² v zmerno mešani kopeli, ima lahko površinsko temperaturo za 15–20 stopinj višjo od mase. Grelnik z močjo 0,9 W/cm² ima lahko površinsko temperaturo le 10–12 stopinj višjo od mase. Nižja gostota vatov zmanjša površinsko temperaturo in upočasni nastajanje filma.
Preprečevanje nastajanja silikatnega filma
Najučinkovitejša preventiva je znižanje površinske temperature plašča. Nižja gostota vatov ohranja površino hladnejšo in upočasni stopnjo polimerizacije. Grelnik, ki deluje pri 0,9 W/cm², lahko potrebuje dvakrat več časa, da tvori 1 mm debelino filma kot grelec pri 1,4 W/cm².
Polirana površina zmanjša oprijem silikatnega filma. Gladka površina zagotavlja manj nukleacijskih mest in manj mehanskega zaklepanja. Polirane površine podaljšajo interval čiščenja za 30–50 % v primerjavi s standardnimi površinami.
Redno čiščenje odstrani film, preden postane gost in trdovraten. Tanek film je lažje odstraniti kot debelega. Interval čiščenja mora temeljiti na ugotovitvah inšpekcij in ne na določenem koledarju.
| Preprečevalni ukrep | Vpliv na nastanek filma | Izvedba |
|---|---|---|
| Nižja vatna gostota, 0,9 W/cm² | Počasnejša polimerizacija | Oblikovanje grelnika |
| Polirana površina | Zmanjšan oprijem | Zaključek grelnika |
| Redno čiščenje | Preprečuje debel film | Urnik vzdrževanja |
| Zmanjšana koncentracija silikata | Nižja stopnja nanosa | Nadzor kemije kopeli |
Ukrepi za preprečevanje nastajanja silikatnega filma v alkalnih čistilih
Čiščenje silikatnih filmov brez poškodb grelnika
Silikatni filmi se ne raztopijo v kislini. Zahtevajo alkalno čiščenje ali mehansko odstranitev.
Alkalna čistilna raztopina-običajno 5–10 % natrijevega hidroksida pri 50–60 stopinjah -lahko zmehča silikatno plast in omogoči, da se jo odstrani. Čistilno raztopino je treba krožiti ali mešati, da ohrani stik s filmom. Grelec je treba po čiščenju pregledati, da se potrdi, da je bil film odstranjen.
Mehanska odstranitev bi morala biti zadnja možnost. Če je potrebno mehansko odstranjevanje, uporabite plastično strgalo ali mehko krtačo. Ne uporabljajte žičnih krtač, kovinskih strgal ali abrazivnih blazinic, ki bi poškodovale PTFE.
Ko silikatna folija kaže na težavo s specifikacijo
Grelnik, ki kljub rednemu čiščenju razvije debele silikatne filme, kaže, da grelnik deluje pri gostoti vatov, ki je previsoka za kemijo kopeli. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z nižjo vatno gostoto, polirano površino in večjo površino obravnava temeljni vzrok usedanja silikata. Postopek specifikacije zahteva kemijo kopeli, koncentracijo silikata, delovno temperaturo in zahtevano moč. Pri objektih z alkalnimi čistili,-ki vsebujejo silikat, ta-specifični pristop zmanjša nastajanje filma in podaljša življenjsko dobo grelnika.
