Inženir v delavnici za prevleko je določal nadomestni PTFE potopni grelec za kopel za eloksiranje z žveplovo kislino pri 25 stopinjah. Prodajalčev diagram korozije je pokazal, da je PTFE "odličen" pri vseh koncentracijah in temperaturah žveplove kisline. Inženir je naročil grelec, ga vgradil in deloval je dobro tri leta. Drugi inženir, ki je določal grelec za drug rezervoar, je uporabil isto tabelo in naročil isti grelec za kopel s 50 % žveplovo kislino pri 90 stopinjah. Grelec je odpovedal v osmih mesecih. Na grafikonu je pisalo "odlično." Realnost je bila bolj niansirana.
Diagrami korozije so uporabna orodja, vendar so pogosto preveč poenostavljeni. Materiale ocenjujejo kot odlične, dobre, poštene ali nepriporočljive v širokem razponu koncentracij in temperatur. PTFE se v žveplovi kislini ne razgradi v običajnem smislu-se ne raztopi ali korodira. Vendar pronica, stopnja prepustnosti pa je odvisna od koncentracije in temperature. Tabela, ki ocenjuje PTFE kot "odličen" v celotnem spektru žveplove kisline, ne upošteva poti prepustnosti, ki omejuje življenjsko dobo pri visokih temperaturah.
Kako pravilno prebrati korozijsko tabelo
Tabela korozije je izhodišče in ne specifikacija. Pove, ali je material kemično združljiv s kemijo v širokih pogojih. Ne pove, kako dolgo bo material trajal, kakšna je stopnja prepustnosti ali kakšen bo mehanizem okvare.
Za PTFE v žveplovi kislini je treba grafikon razlagati ob upoštevanju temperature. Pri sobni temperaturi in zmernih koncentracijah je PTFE v bistvu inerten. Pri povišanih temperaturah postane omejevalni dejavnik prepustnost. Na tabeli lahko še vedno piše "odlično", ker se polimer ne raztopi, vendar je življenjska doba lahko omejena zaradi vdora vlage in okvare izolacije.
| Koncentracija žveplove kisline | Temperatura | PTFE kemična odpornost | Stopnja prepustnosti | Pričakovana življenjska doba |
|---|---|---|---|---|
| 10–30% | 25-50 stopinj | Odlično | Zelo nizko | 5–10 let |
| 10–30% | 60-80 stopinj | Odlično | Nizka | 3–6 let |
| 30–50% | 25-50 stopinj | Odlično | Nizka | 4–8 let |
| 30–50% | 60-80 stopinj | Odlično | Zmerno | 2–4 leta |
| 50–70% | 25-50 stopinj | Odlično | Zmerno | 3–5 let |
| 50–70% | 60-90 stopinj | Odlično | visoko | 1–3 leta |
| >70% | 25-50 stopinj | Odlično | Zmerno–visoko | 2–4 leta |
| >70% | 60-90 stopinj | Odlično | Zelo visoko | 6–18 mesecev |
Prepustnost PTFE in življenjska doba pri delu z žveplovo kislino glede na koncentracijo in temperaturo
Mehanizem prepustnosti v žveplovi kislini
Žveplova kislina prežema PTFE, ko molekule vode in kisline difundirajo skozi polimerno matrico. Hitrost je odvisna od temperature, koncentracije in debeline ovoja. Pri nizkih temperaturah in koncentracijah je stopnja prepustnosti dovolj počasna, da grelnik zdrži leta. Pri visokih temperaturah in koncentracijah se hitrost pospeši in vlaga doseže MgO izolacijo v nekaj mesecih.
Stopnja prepustnosti se približno podvoji za vsakih 10 stopinj dviga temperature. Poveča se tudi s koncentracijo kisline, čeprav razmerje ni linearno. Pri 50 % koncentraciji je lahko stopnja prepustnosti dvakrat do trikrat večja kot pri 20 % pri enaki temperaturi.
Debelina plašča zagotavlja dolžino difuzijske poti. 2,5-milimetrski ovoj prepoji dlje kot 1,5-milimetrski ovoj. Toda debelejši ovoj zviša tudi temperaturo plašča z dodajanjem toplotne odpornosti, kar poveča stopnjo prepustnosti. Optimalna debelina izravnava te učinke.
Česa vam grafikon ne pove
Tabela korozije vam ne pove:
Stopnja prepustnosti pri vaši specifični temperaturi in koncentraciji
Pričakovana življenjska doba v vaši aplikaciji
Vpliv debeline plašča na prepustnost
Vpliv vatne gostote na temperaturo in prepustnost plašča
Vpliv pretočnih pogojev na prenos toplote in temperaturo plašča
Ti dejavniki določajo, ali PTFE grelec traja dve leti ali deset. Grafikon je orodje za pregledovanje. Specifikacija zahteva podrobnejšo analizo.
Praktični koraki izbire za storitve žveplove kisline
Določite dejansko koncentracijo in temperaturno območje kopeli. Uporabite najvišjo koncentracijo in temperaturo, ki se pojavi med običajnim delovanjem, ne povprečne.
Ocenite stopnjo prepustnosti iz temperature in koncentracije. Če je pričakovana življenjska doba krajša od treh let, razmislite o nižji vatni gostoti, debelejšem ovoju ali drugem materialu.
Izračunajte potrebno površino iz moči in varne gostote v vatih. V žveplovi kislini pri 60–80 stopinjah vatna gostota 1,0–1,2 W/cm² ohranja temperaturo ovoja v območju, ki omejuje prepustnost.
Upoštevajte debelino plašča. 2,0–2,5 mm ovoj zagotavlja daljšo prepustno pot, vendar doda toplotno odpornost. 1,5–2,0 mm ovoj zmanjša toplotno odpornost, vendar skrajša prepustno pot. Optimum je odvisen od temperature in zahtevane življenjske dobe.
Po namestitvi spremljajte izolacijsko upornost. Postopno upadanje v mesecih kaže na napredovanje prepustnosti. Stabilen odčitek pomeni, da grelec deluje znotraj varnih meja.
| Izbirni parameter | Storitev nizke-temperature (<50°C) | Zmerna-temperatura (50–70 stopinj) | Visok{0}}temperaturna storitev (70–90 stopinj) |
|---|---|---|---|
| Watt gostota | 1,4–1,6 W/cm² | 1,0–1,3 W/cm² | 0,8–1,0 W/cm² |
| Debelina plašča | 1,5–2,0 mm | 2,0–2,5 mm | 2,5–3,0 mm |
| Površina za 5 kW | 3.100–3.600 cm² | 3800–5000 cm² | 5.000–6.250 cm² |
| Pričakovana življenjska doba | 5–10 let | 3–5 let | 1,5–3 leta |
Parametri specifikacije potopnega grelnika PTFE za žveplovo kislino
Ko tabela pravi "odlično", vendar grelec odpove
Grelec, ki prezgodaj odpove pri delovanju z žveplovo kislino kljub oceni na lestvici, je običajno omejen s prepustnostjo, ne s kemičnim napadom. Polimer je nedotaknjen. Izolacijska upornost se je zmanjšala. Okvara je električna, ne kemična.
Rešitev je zmanjšanje stopnje prepustnosti z znižanjem temperature plašča, povečanjem debeline plašča ali obojega. Nižja gostota vatov zmanjša temperaturo ovoja. Debelejši ovoj poveča prepustno pot. Skupaj podaljšata čas, preden vlaga doseže MgO.
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z nizko vatno gostoto, debelimi ovoji in velikimi površinami obravnava visokotemperaturno žveplovo kislino, kjer standardni grelniki prezgodaj odpovejo. Postopek specifikacije zahteva koncentracijo kisline, delovno temperaturo, dimenzije rezervoarja in zahtevano moč.
