Проблемът с мащаба без омекотяване
Индустриалните съоръжения, използващи твърда вода за процесно отопление, са изправени пред постоянно предизвикателство: образуване на котлен камък от калциев карбонат върху повърхностите на топлообменника. Нагарът се образува, когато разтвореният калциев бикарбонат се разлага на повърхността на горещата тръба: Ca(HCO₃)₂ → CaCO3 + CO₂ + H₂O. Калциевият карбонат се утаява като твърд, залепващ слой, който изолира тръбите и намалява преноса на топлина.
Традиционното решение е химическо омекотяване на водата-йонен обмен за отстраняване на калциеви и магнезиеви йони-или химически инхибитори на котлен камък-полифосфати, фосфонати, полимери. Тези обработки добавят капиталови разходи, оперативни разходи и изисквания за боравене с химикали. Те също въвеждат натрий, фосфат или полимер във водата, което може да е нежелателно за процеса.
PTFE топлообменникът се противопоставя на образуването на котлен камък чрез присъщите свойства на материала, намалявайки или елиминирайки необходимостта от химическо третиране на водата.
Двойният механизъм на устойчивост на котлен камък
PTFE се противопоставя на натрупването на калциев карбонат чрез два независими механизма: по-ниска температура на стената, която намалява химическата движеща сила за утаяване, и повърхност с ниска-енергия, която предотвратява силната адхезия на всякакви кристали, които се образуват.
По-ниската температура на стената е следствие от ниската топлопроводимост на PTFE. В метална тръба температурата на стената е почти еднаква от страната на парата до страната на процеса. Температурата на външната повърхност се доближава до температурата на насищане с пара-обикновено 120-150 градуса за пара с ниско до средно налягане. В PTFE тръба температурата пада с 20-35 градуса през стената на тръбата. Температурата на външната повърхност е 85-115 градуса за същите условия на пара.
Утаяването на калциев карбонат е силно зависимо-от температурата. Скоростта се удвоява приблизително за всеки 10 градуса увеличение на повърхностната температура. 20-35 градуса по-ниска температура на стената на PTFE намалява скоростта на утаяване с фактор 4-10 в сравнение с метална повърхност.
| Параметър за устойчивост на мащаб | Неръждаема стомана | Титан | PTFE |
|---|---|---|---|
| Температура на стената при 3 barg пара (градус) | 120-140 | 125-145 | 85-115 |
| Относителна скорост на утаяване на CaCO₃ | 1.0 (базова линия) | 1.1-1.3 | 0.1-0.25 |
| Повърхностна енергия (mN/m) | 40-50 | 35-45 | 18-20 |
| Сила на адхезия на скалата (относителна) | 1.0 (базова линия) | 0.7-0.9 | 0.05-0.15 |
| Метод за отстраняване на котления камък | Киселинно отстраняване на котлен камък | Киселинно отстраняване на котлен камък | Изплакнете с вода или внимателно избършете |
Предотвратяване на срастването
Кристалите на калциевия карбонат, които се зараждат в насипния флуид или на повърхността на тръбата, трябва да прилепнат към повърхността, за да образуват слой от котлен камък. Върху метални повърхности кристалите се свързват чрез електростатично привличане между заредената повърхност на кристала и повърхността на заредения метален оксид и чрез механично свързване с грапавостта на повърхността.
При PTFE нито един от механизмите не работи ефективно. PTFE повърхността е не-полярна и електрически не-проводима-без електростатично привличане. Повърхността е изключително гладка в микроскопичен мащаб-без механично блокиране. Кристалите, които се образуват близо до повърхността, се помитат от водния поток, вместо да полепват.
Котленият камък, който се натрупва върху PTFE-за продължителни периоди, в много твърда вода-е рохкав, прахообразен налеп, а не твърд, кристален котлен камък. Може да се отстрани чрез обикновено изплакване с вода или внимателно избърсване, без киселинното отстраняване на котления камък, необходимо за метални повърхности.
Оперативна и икономическа изгода
Премахването на химическото омекотяване на водата или обработката с инхибитори на котления камък намалява оперативните разходи и опростява системата за пречистване на водата. Премахването на киселинното отстраняване на котления камък намалява работата по поддръжката, разходите за химикали, генерирането на опасни отпадъци и прекъсванията на производството. За съоръжения, където твърдостта на водата е умерена (под 200 ppm като CaCO₃), PTFE топлообменник може да елиминира необходимостта от обработка за контрол на котления камък.
Резюме
PTFE топлообменниците се противопоставят на образуването на котлен камък от твърда вода чрез по-ниска температура на стената, която намалява скоростта на химическо утаяване, и повърхност с ниска-енергия, която предотвратява силната адхезия на кристали. Двойният механизъм елиминира или намалява необходимостта от химическо омекотяване на водата и киселинно отстраняване на котлен камък. PTFE осигурява не-химичен подход за контрол на котления камък, намалявайки оперативните разходи и опростявайки пречистването на водата.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник в приложения с твърда вода е достъпна при подаване на твърдост на водата, работна температура, текущи методи за контрол на котления камък и честота на отстраняване на котления камък.
