Cikel obraščanja v kislih cinkovih kopelih
Linije za kislo cinkanje imajo univerzalni glavobol pri vzdrževanju: umazanijo potopne tuljave. Grelne tuljave, običajno iz nerjavečega jekla, razvijejo trdo, sprijeto plast vodnega kamna, ki postopoma zmanjšuje prenos toplote. Temperatura kopeli se začne zniževati. Upravljavci povečajo tlak pare, da kompenzirajo. Sčasoma je treba tuljavo odstraniti za mehansko ali kemično odstranjevanje vodnega kamna.
Cikel se ponavlja vsakih nekaj mesecev. Med čiščenjem se izgubi proizvodni čas. Stroški kemikalij se kopičijo. Debelina stene tuljave se zaradi ponavljajočega odstranjevanja vodnega kamna s kislino postopoma zmanjša. Temeljna težava ni samo nastajanje vodnega kamna-obarjanje železovega hidroksida in kalcijevega sulfata je kemično neizogibno v kislih cinkovih elektrolitih-temveč trdoživ oprijem vodnega kamna na kovinske površine.
Kemija adhezije vodnega kamna
Kopeli za kislo pocinkanje delujejo pri pH 4,5-5,5 z raztopljenim železom iz raztapljanja obdelovanca in kalcijem v trdi vodi iz vleke. Ko se kopel stara, železovo železo oksidira v železov hidroksid, ki se obori kot želatinasta trdna snov. Kalcijev sulfat doseže nasičenost in kristalizira na segretih površinah.
Na tuljavi iz nerjavečega jekla pri temperaturi stene 60-80 stopinj se te oborine zlahka nukleirajo. Površina kovinskega oksida zagotavlja visokoenergetska mesta za nukleacijo kristalov. Van der Waalsove sile in elektrostatična privlačnost vežejo delce vodnega kamna na kovino. Ko je enkrat pritrjen, postane sloj vodnega kamna z vsakim delovnim ciklom debelejši.
Kemično odstranjevanje vodnega kamna z inhibirano klorovodikovo kislino raztopi vodni kamen, vendar napade tudi osnovno kovino. Vsak cikel odstranjevanja vodnega kamna odstrani nekaj mikronov nerjavečega jekla. Po letih cikličnega odstranjevanja vodnega kamna in vodnega kamna tanjšanje sten doseže točko, ko je zamenjava obvezna.
Tabela 1: Primerjava adhezije vodnega kamna na površinah izmenjevalnika toplote v kisli cinkovi kopeli
| Površinski material | Površinska energija (mN/m) | Trdnost oprijema lestvice | Metoda čiščenja | Pogostost čiščenja |
|---|---|---|---|---|
| SS 316L | 40-50 | Močna | Odstranjevanje vodnega kamna s kislino | Vsakih 8-12 tednov |
| Titan | 35-45 | Zmerno | Odstranjevanje vodnega kamna s kislino | Vsakih 10-14 tednov |
| PTFE | 18-20 | Zelo šibka | Izpiranje z vodo | 6-12 mesecev |
Podatki o površinski energiji iz meritev kontaktnega kota. Trdnost oprijema iz testov-križnega traku na pomanjšanih vzorcih.
Mehanizem proti-oprijemu PTFE
PTFE ima najnižjo površinsko energijo med vsemi inženirskimi trdnimi snovmi. Kapljice vode se dvigajo in kotalijo, namesto da bi zmočile površino. Oborine,-ki tvorijo vodni kamen, naletijo na nekaj visoko{3}}energijskih nukleacijskih mest.
Oprijem, ki veže vodni kamen na kovino, temelji na mehanskem povezovanju s površinsko hrapavostjo in kemični vezi s kovinskimi oksidi. PTFE ne predstavlja ne enega ne drugega. Površina fluoropolimera je molekularno gladka na lestvici, ki je pomembna za nukleacijo kristalov. Ogljikov-fluorove vezi so kemično nasičene in ne ponujajo reaktivnih mest za vezavo s hidroksidnimi ali sulfatnimi oborinami.
Vodni kamen, ki nastane na PTFE, je ohlapno pritrjen. Običajno mešanje kopeli zaradi razprševanja zraka ali kroženja raztopine pogosto zadošča za odstranjevanje nastajajočega kamna, preden nastane toplotnoizolacijska debelina. Ko je na koncu potrebno čiščenje, izpiranje z vodo ali nežno brisanje odstrani usedline brez kemikalij.
Operativni učinek zmanjšanega obraščanja
Stabilen prenos toplote se neposredno prevede v stabilno kontrolo temperature kopeli. PTFE tuljava ohranja svojo konstrukcijsko vrednost U-v ozkem pasu več mesecev delovanja. Operaterjem ni treba postopno povečevati tlaka pare, da bi nadomestili izolacijo vodnega kamna.
Kemikalije za odstranjevanje vodnega kamna so izločene iz vzdrževalne rutine. To odpravlja stroške nakupa kemikalij, odstranjevanja nevarnih odpadkov in tveganja izpostavljenosti delavcev. Odpravlja tudi postopno tanjšanje sten, ki sčasoma uniči kovinske tuljave.
Kombinacija stabilne toplotne zmogljivosti in minimalnega čiščenja podaljša čas delovanja proizvodnje. Kopeli ostanejo na nastavljeni točki. Prepustnost ostaja dosledna. Vzdrževalno delo je preusmerjeno z reaktivnega čiščenja tuljav na produktivna opravila.
Podatki na terenu iz linije za pocinkanje stojala
Delavnica za pocinkanje regalov je zamenjala grelne tuljave iz nerjavečega jekla v dveh 8000-litrskih kislih cinkovih kopeli s toplotnimi izmenjevalniki PTFE. Nerjavne tuljave so zahtevale odstranjevanje vodnega kamna v povprečju vsakih 10 tednov, pri čemer je vsako čiščenje porabilo štiri ure proizvodnega časa in ustvarilo 200 litrov odpadne kisline.
Po 14 mesecih delovanja PTFE tuljave niso zahtevale kemičnega odstranjevanja vodnega kamna. Rahel površinski prah železovega hidroksida je bil obrisan med načrtovanim letnim pregledom. Učinkovitost prenosa toplote, izmerjena s porabo pare pri-delovanju v stabilnem stanju, je ostala znotraj 5 %-nameščene vrednosti. Letni stroški vzdrževanja na rezervoar so se zmanjšali za 4800 USD.
Povzetek
Umazanje tuljave s kislo cinkovo kopeljo povzroča oprijem vodnega kamna na visoko{0}}energijske kovinske površine. Nerjavno jeklo in titan zahtevata pogosto odstranjevanje vodnega kamna s kislino, ki postopoma poškoduje tuljavo. PTFE toplotni izmenjevalci preprečujejo močan oprijem vodnega kamna zaradi nizke površinske energije in kemične inertnosti.
Operativni rezultat je stabilen prenos toplote brez progresivnega povečanja tlaka pare, odprava kemikalij za odstranjevanje vodnega kamna in z njimi povezanih stroškov ter podaljšan čas delovanja. PTFE tuljave v kislem cinkanju delujejo več mesecev brez znatnega umazanije, s čimer se vzdrževanje preusmeri iz reaktivnega cikla na predvidljiv urnik pregledov.
Inženirska analiza za dimenzioniranje toplotnega izmenjevalnika PTFE v kopelih za pocinkanje je na voljo ob predložitvi prostornine rezervoarja, delovne temperature, trenutnih specifikacij tuljave in razpoložljivega tlaka pare.
