Амонячните пари с висока{0}}чистота (NH₃) при 50–100 градуса са умерено агресивни към PFA, причинявайки напукване от въздействието на околната среда (ESC), когато полимерът е под напрежение на опън. Гладката външна повърхност (Ra < 0,2 µm) издържа на напукване 3–5 пъти по-добре от текстурираната повърхност (Ra > 0,8 µm) при идентичен стрес и излагане на амоняк. Механизмът е концентрация на напрежението: текстурираните повърхности имат микроскопични върхове и вдлъбнатини, които действат като повишаващи напрежението. При напрежение на опън (от термично разширение, налягане или остатъчно напрежение), дъната на долините изпитват концентрации на напрежение с Kt фактори от 2–5×. Амонячните пари се адсорбират за предпочитане в тези зони с високо-напрежение, намалявайки повърхностната енергия, необходима за започване на пукнатини. Гладката повърхност няма такива концентратори на напрежение; приложеното напрежение е равномерно, оставайки под критичния праг за ESC. За обслужване с амонячни пари посочете полирана или -екструдирана гладка PFA повърхност.
Крекинг-, предизвикан от въздействието на околната среда
Амонякът не реагира химически с PFA (няма разкъсване на веригата или окисление при температури под 120 градуса). Вместо това той действа като-агент за напукване на напрежението. Молекулите на NH3 са малки (кинетичен диаметър 0,26 nm) и силно полярни. Те дифундират в аморфни области на PFA, нарушавайки силите на Ван дер Ваалс между веригите. При приложено напрежение на опън (дори толкова ниско, колкото 2–3 MPa), амонячно-пластифицираната област се поддава локално, образувайки лудост. Лудостта прераства в изцепка. Критичният стрес за ESC в амоняка е 3–5 MPa за гладък PFA, но само 1–2 MPa за текстуриран PFA поради концентрация на напрежение при повърхностни характеристики. Нагревател с остатъчно напрежение от 4 MPa (от екструзионно охлаждане) може да оцелее в амоняк, ако е гладък, но да се напука в рамките на седмици, ако е текстуриран.
Грапавостта на повърхността създава прорези. За V-образен жлеб с дълбочина d и радиус на корена r, коефициентът на концентрация на напрежение Kt ≈ 1 + 2√(d/r). Типична текстурирана повърхност (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm) дава Kt ≈ 1 + 2√(2/0,5)=1 + 2√4=1 + 4=5. Номиналното напрежение от 4 MPa става 20 MPa в основата на жлеба-много над PFA граница на провлачване. Пукнатините започват в рамките на часове.
Устойчивост на напукване спрямо грапавост на повърхността в пари на NH3 (80 градуса, 1 бар)
| Състояние на повърхността | Ra (µm) | Kt (макс.) | Време до първото напукване при напрежение 4 MPa (часове) | Критично напрежение за ESC (MPa) | Режим на отказ |
|---|---|---|---|---|---|
| Полиран (огледално покритие) | 0.05–0.1 | 1.1–1.2 | >10 000 (без пукнатини) | 5–6 | Няма (в рамките на теста) |
| Като-екструдиран (гладък) | 0.2–0.3 | 1.3–1.5 | 5,000–8,000 | 4–5 | Хубаво лудост |
| Като-екструдиран (стандартен) | 0.4–0.6 | 1.8–2.2 | 1,500–3,000 | 3–4 | Множество фини пукнатини |
| Пясъкоструен (фин) | 0.8–1.2 | 3–5 | 200–500 | 1.5–2.5 | Единична доминираща пукнатина |
| Пясъкоструен (грубо) | 1.5–2.5 | 5–8 | 50–150 | 1.0–1.5 | Бързо напукване |
| Обработен (следи от инструмент) | 0,5–1,5 (посочен) | 4–10 | 20–100 | 0.5–1.0 | Пукнатини по следите от инструменти |
| Химически гравиран | 0.6–1.0 | 2–4 | 300–800 | 2–3 | Умерено напукване |
Защо гладките повърхности са критични за обслужването с амоняк
В допълнение към концентрацията на напрежение, гладките повърхности имат по-малко места за адсорбция на амоняк. Молекулите на амоняка се кондензират предимно в микроскопични пукнатини (капилярна кондензация). Кондензираният амоняк има по-висока концентрация и по-дълго контактно време, което ускорява пластификацията. Гладката повърхност без пукнатини минимизира адсорбцията на амоняк, поддържайки полимерната повърхност относително суха.
Гладките повърхности също така позволяват всякакви пукнатини, които се появяват, да бъдат открити по-рано. На текстурирана повърхност малки пукнатини са скрити в грапавостта; докато се виждат, те са дълбоки. На гладка повърхност дори пукнатина от 0,1 мм се вижда при добро осветление, което позволява превантивна подмяна.
Подготовка на повърхността за обслужване с амоняк
За PFA нагреватели, предназначени за обслужване на амонячни пари, посочете:
Повърхностно покритие: Ra По-малко или равно на 0,3 µm, измерено с профилометър съгласно ISO 4287.
Обработка: Екструдирайте с помощта на силно полирани матрици (огледално покритие). Избягвайте шлайфане или бластиране след-екструзия.
инспекция: Визуална проверка при 10x увеличение; без видими следи от инструменти, драскотини или ями.
Проверка: Поискайте сертификат за грапавост на повърхността за всяка производствена партида.
Ако нагревателят има текстурирана повърхност от производството (напр. стандартна екструзия с Ra 0,5–1,0 µm), той може да бъде полиран. Но полирането премахва 0,05–0,1 mm PFA, намалявайки дебелината на стената. За стена от 2 мм това е приемливо. За стена от 1,5 mm полирането може да изтъни твърде много обвивката. По-добре да посочите гладко от самото начало.
Пример за поле
Колона за отстраняване на амоняк, работеща при 80 градуса с PFA нагреватели от двама доставчици. Доставчик A използва стандартни матрици, произвеждащи Ra 0,6 µm. Доставчик Б използва полирани матрици, произвеждащи Ra 0,2 µm. И двата нагревателя имат идентичен клас PFA и дебелина на стената. След 18 месеца нагревателите на Доставчик А показаха обширни повърхностни пукнатини и няколко бяха пропукани. Нагревателите на доставчик Б нямаха видими пукнатини. Заводът превключи всички нагреватели към гладкото покритие на Доставчик Б. Неуспехите при кракване спряха. Допълнителните разходи за полирани матрици бяха незначителни.
Заключение: Гладките повърхности издържат на напукване на амоняк 3–5 пъти по-добре
При обслужване с амонячни пари с висока-чистота PFA нагревател с гладка външна повърхност (Ra < 0,3 µm) се съпротивлява на напукване под въздействието на околната среда 3–5 пъти по-добре от текстурирана повърхност (Ra > 0,8 µm). Гладката повърхност елиминира микроскопичните концентратори на напрежение (вдлъбнатини, жлебове), които иначе биха усилили приложеното напрежение на опън с фактори от 3–10 пъти, което позволява пукнатини да започнат при ниско номинално напрежение. Амонякът се адсорбира предимно в повърхностни пукнатини, като допълнително ускорява напукването на текстурирани повърхности. За всяка услуга с амоняк (безводен или воден, 50–100 градуса), посочете полиран или като-екструдиран гладък PFA с Ra По-малко или равно на 0,3 µm. Не пясъкоструйте, не машинно, не текстурирайте. Гладкото е силно. Груб е пукнатина, която чака да се случи. В амоняка, колкото по-гладко, толкова по-добре. Посочете гладко, инспектирайте гладко, издържа дълго.
