Средата за двойна{0}}атака
Процесът на химическо почистване се редува между 15% разтвор на солна киселина при 70 градуса и 10% разтвор на натриев хидроксид при 80 градуса. Топлообменникът е изложен на екстремни рН в двата края на скалата, с изплакване с гореща вода между циклите. Киселината атакува метали и алкално-чувствителни материали. Каустикът атакува стъкло, керамика на базата на силициев-диоксид и амфотерни метали. Малко материали оцеляват и в двете среди.
Емайлираната стомана-наричана още-стомана със стъклена облицовка-отдавна се използва в корозивни химически услуги. Стъклената облицовка, боросиликатен емайл, слят със стоманения субстрат при висока температура, издържа добре на киселини. Той се използва широко в реакторни съдове, резервоари за съхранение и топлообменници в химическата и фармацевтичната промишленост.
PTFE е устойчив както на киселини, така и на основи в целия спектър на pH. Изборът между емайлирана стомана и PTFE за редуване на киселинно-алкално обслужване се определя от разяждащата страна на цикъла-, където емайлираната стомана има основна уязвимост.
Механизмът на корозията на стъклото в алкали
Стъклото е силициев диоксид с различни модификатори на метален оксид. В алкални разтвори хидроксидните йони атакуват силициевите -кислородни връзки, които образуват стъклената мрежа. Реакцията е:
SiO₂ + 2NaOH → Na2SiO₃ + H₂O
Натриевият силикат е разтворим и се разтваря в алкалния разтвор. Стъклената повърхност постепенно се ецва. Скоростта зависи от температурата, концентрацията на каустик и специфичния състав на стъклото.
Боросиликатното стъкло-типът, използван за емайлирана стомана-съдържа борен оксид, който подобрява химическата издръжливост. Но в 10% NaOH при 80 градуса, дори боросиликатното стъкло корозира с приблизително 0,01-0,05 mm/годишно. Стъклена облицовка с дебелина 0,8-1,2 mm губи 10-60% от дебелината си за 10-годишен експлоатационен живот при тези условия.
Корозията рядко е напълно равномерна. Микроскопични дефекти, мехурчета или тънки петна в стъклената облицовка корозират по-бързо. След като стъклото бъде проникнато, стоманата под него е изложена на променлива киселинна-алкална среда. Стоманата корозира бързо и в двете. Облицовката се поврежда локално и оборудването трябва да бъде повторно остъклено или сменено.
Таблица 1: Сравнение на киселинно-алкално циклично представяне
| Параметър на производителността | Емайлирана (съ-облицована със стъкло) стомана | PTFE |
|---|---|---|
| Киселинна устойчивост (HCl, H₂SO₄) | Отлично | Отлично |
| Алкална устойчивост (NaOH, KOH) | Лош (разтваряне на стъкло) | Отлично |
| Скорост на корозия в 10% NaOH при 80 градуса (mm/година) | 0.01-0.05 | 0 |
| Дебелина на облицовката/покритието (mm) | 0.8-1.2 | 1,0-1,5 (стена на тръбата) |
| Очакван живот на облицовката при променливо pH обслужване | 3-8 години | 15+ години |
| Метод на ремонт | Фабрично рестъкло; седмици престой | Затворете на място или сменете тръбната секция |
| Устойчивост на термичен удар | Умерено (ΔT max ~100 градуса) | Excellent (>200 градуса ΔT) |
| Устойчивост на механичен удар | Лошо (крехко; стружки при удар) | Добър (еластично възстановяване) |
| Режим на отказ | Проникване на облицовка → корозия на стомана | Постепенно пълзещо изтъняване |
| Откриваемост на предстояща повреда | Трудно (повредата на лигавицата често е невидима) | Лесно (ултразвуково измерване на дебелината) |
Фактор на термичен шок
Преходът от горещ киселинен към горещ алкален разтвор чрез изплакване с вода създава условия на термичен шок. Емайлираният стоманен топлообменник претърпява бърза промяна на температурата, която натоварва връзката-към-стомана. Стъклото и стоманата имат различни коефициенти на топлинно разширение-стъклото при приблизително 3-6 × 10⁻⁶/градус, стоманата при 12-15 × 10⁻⁶/градус. Диференциалното разширение създава напрежение на срязване на интерфейса.
В продължение на стотици топлинни цикли, кумулативният стрес причинява микро-пукнатини на стъклената-стоманена повърхност. Тези пукнатини са невидими от страната на процеса. Те растат с непрекъснат цикъл, докато стъклото се отлепи от стоманата. След това откритата стомана корозира бързо.
PTFE няма интерфейс за разслояване. Материалът е хомогенен по своята дебелина. Термичното разширение се компенсира от еластична деформация на целия компонент. Не се развива диференциално напрежение.
Поддръжка и ремонт Контраст
Когато стоманен топлообменник със стъклена облицовка- се повреди, целият модул трябва да бъде отстранен и изпратен до специализирано съоръжение за повторно остъкляване. Процесът отнема седмици. Производството е прекъснато. Трябва да има резервна единица или производственият капацитет се губи.
Когато PTFE топлообменник развие теч-обикновено след много години работа-засегнатата тръба може да бъде запушена на място. Топлообменникът продължава да работи с леко намален капацитет. Постоянният ремонт или подмяната на тръбата е планирана при следващото планирано спиране за поддръжка.
Възможността-за поправка на място на PTFE е значително оперативно предимство в процеси, при които непрекъснатостта на производството е критична.
Резюме
PTFE топлообменниците превъзхождат емайлираната стомана при променливо киселинно-алкално обслужване, тъй като PTFE е имунизиран срещу разяждащото разтваряне, което прогресивно изтънява стъклените облицовки. Степента на корозия на стъклото на емайлираната стомана в горещи алкали, съчетана с повреда от термичен удар на повърхността на стъклената-стомана, ограничава експлоатационния живот до 3-8 години. PTFE осигурява 15+ годишно обслужване без корозия или разслояване на интерфейса.
Възможността-за ремонт на място на PTFE допълнително намалява разходите за престой в сравнение с фабричното-остъкляване, необходимо за ремонт на емайлирана стомана. За процеси, преминаващи между киселинна и алкална химия, PTFE е изборът с по-нисък-риск и по-дълъг-живот.
Инженерен анализ за избор на обслужващ материал за променливо рН е наличен при подаване на данни за киселинни и каустични концентрации, работни температури, честота на цикъла и текущи данни за експлоатационния живот на оборудването.
