Linia do niklowania zastąpiła grzałkę zanurzeniową z PTFE już po dziewięciu miesiącach. Powłoka nie wykazywała żadnych pęknięć, pęcherzy ani przebarwień. Rezystancja izolacji spadła z 500 MΩ do 12 MΩ. Przyczyną awarii było zanieczyszczenie miedzią w kąpieli niklowej.-Nieszczelność wymiennika ciepła spowodowała wprowadzenie jonów miedzi, które osadziły się na osłonie grzejnika. Warstwa miedzi była cienka i ściśle przylegała, ale tworzyła ścieżkę przewodzącą, która przyspieszała przenikanie i degradowała izolację.
Zanieczyszczenie metalami jest powszechnym, ale niedocenianym czynnikiem wpływającym na żywotność grzałki zanurzeniowej PTFE. Kąpiele galwaniczne gromadzą rozpuszczone metale z przedmiotów obrabianych, stojaków, osprzętu i sprzętu poprzedzającego. Metale te mogą osadzać się na nagrzanych powierzchniach, tworząc warstwy zmieniające właściwości termiczne i elektryczne grzejnika. W niektórych przypadkach zanieczyszczenie jest objawem większego problemu procesowego. W innych jest to bezpośrednia przyczyna awarii grzejnika.
Jak dochodzi do zanieczyszczenia metalami
Rozpuszczone jony metali w kąpieli galwanicznej mogą osadzać się na osłonie grzejnika poprzez kilka mechanizmów. Najbardziej powszechne jest osadzanie elektrochemiczne, w którym osłona grzejnika działa jak katoda w stosunku do prądów błądzących lub par galwanicznych w zbiorniku. Jony metali redukują się do postaci metalicznej i osadzają się na osłonie.
Kolejnym mechanizmem jest osadzanie-pod wpływem temperatury. Niektóre metale mają zmniejszoną rozpuszczalność w wyższych temperaturach. Gdy kąpiel przepływa przez gorącą osłonę, lokalne stężenie przekracza nasycenie i metal wytrąca się na powierzchni. Jest to powszechne w przypadku żelaza i miedzi w kąpielach kwasowych.
Przemieszczenie chemiczne ma miejsce, gdy bardziej szlachetny jon metalu styka się z mniej szlachetną powierzchnią. Jeśli powłoka PTFE ma jakiekolwiek zanieczyszczenia metaliczne,-w wyniku zadrapań, które odsłaniają wewnętrzną metalową osłonę, lub z osadów przewodzących,-najlepiej usuwać płytki z metali szlachetnych.
| Zanieczyszczenie | Źródło | Mechanizm osadzania | Wpływ na grzejnik | Poziom ryzyka |
|---|---|---|---|---|
| Miedź | Wyciek wymiennika ciepła, szyny zbiorcze | Elektrochemiczne, wyporowe | Warstwa przewodząca, przenikalność | Wysoki |
| Żelazo | Elementy stalowe, stojaki | Zależne od-temperatury | Depozyt, skala | Umiarkowany |
| Nikiel | Wciąganie-odpływowej kąpieli niklowej | Elektrochemiczny | Warstwa przewodząca | Wysoki |
| Chrom | Wciąga kwas chromowy- | Elektrochemiczny | Folia pasywna, bez kaucji | Niski |
| Cynk | Regały ocynkowane | Zależne od-temperatury | Depozyt, skala | Umiarkowany |
| Ołów | Lutowane, starsze oprawy | Elektrochemiczny | Warstwa przewodząca | Wysoki |
Zanieczyszczenia metaliczne w kąpielach galwanicznych i ich wpływ na grzałki zanurzeniowe PTFE
Problem warstwy przewodzącej
Osad metalu na powłoce PTFE zmienia właściwości elektryczne grzejnika. Osad jest przewodzący i ma kontakt z cieczą procesową. Jeśli osad dotrze do kołnierza lub obudowy zacisku, tworzy ścieżkę dla prądu upływowego do masy-zwarcia doziemnego.
Nawet jeśli osad nie osiągnie punktu uziemienia, zmienia rozkład pola elektrycznego wokół grzejnika. Warstwa przewodząca działa jak przedłużenie elektrody, koncentrując prąd na krawędziach osadu. Może to przyspieszyć miejscowe nagrzewanie i przenikanie, prowadząc do przedwczesnej awarii.
Osad zmienia także właściwości termiczne. Warstwa metalu ma wyższą przewodność cieplną niż PTFE, co może wydawać się korzystne. Jednak osad jest zwykle nierówny i porowaty i może zatrzymywać wilgoć i substancje chemiczne na powłoce. Rezultatem jest miejscowa korozja i przenikanie, a nie lepsze przenoszenie ciepła.
Dlaczego zanieczyszczenie metalami jest trudne do wykrycia
Zanieczyszczenie metalem jest trudne do wykrycia, ponieważ osady są często cienkie i ściśle przylegają do powierzchni PTFE. Mogą nie być widoczne gołym okiem i nie powodują odbarwień ani pęcherzy charakterystycznych dla innych rodzajów awarii.
Testowanie rezystancji izolacji może nie ujawnić problemu, dopóki osad nie urosnie na tyle, że utworzy się znaczna ścieżka wycieku. Grzejnik z cienką warstwą miedzi może wykazywać rezystancję izolacji o 50–100 MΩ-niższą niż nowa, ale nie na tyle niską, aby wywołać alarmy.
Kontrola wzrokowa w powiększeniu może ujawnić metaliczny połysk lub zmianę tekstury powierzchni. Prostym testem jest przetarcie osłony białą szmatką.-metaliczny osad wskazuje na osadzanie się. Innym testem jest pomiar rezystancji powierzchniowej za pomocą multimetru.-Odczyt osadu przewodzącego jest niższy niż izolacyjna powierzchnia PTFE.
Zapobieganie zanieczyszczeniu metalami
Najskuteczniejszą profilaktyką jest eliminacja źródła. Napraw nieszczelności wymienników ciepła, wymień skorodowane stojaki i osprzęt oraz zapobiegaj zaciąganiu się-ze zbiorników znajdujących się wcześniej. Analiza kąpieli pod kątem rozpuszczonych metali ujawnia poziom zanieczyszczenia i identyfikuje jego źródło.
Filtracja usuwa zawieszone cząstki metali, ale nie usuwa rozpuszczonych jonów. Wymiana jonowa lub elektrolityczne otrzymywanie może zmniejszyć stężenie rozpuszczonego metalu, ale są to roztwory na poziomie-procesu, a nie roztworów-na poziomie grzejnika.
W przypadku samej grzałki polerowana powierzchnia PTFE zmniejsza siłę przylegania osadów metalicznych. Na gładkiej powierzchni osady trudniej się zarodkują i rosną. Regularne czyszczenie rozcieńczonym kwasem usuwa osady metalu, zanim staną się wystarczająco gęste, aby mieć wpływ na wydajność.
Kiedy zanieczyszczenie metalem wskazuje na problem z procesem
Powtarzające się zanieczyszczenie metalem grzejnika w kąpieli galwanicznej wskazuje, że skład chemiczny kąpieli nie jest pod kontrolą. Stężenie rozpuszczonego metalu jest zbyt wysokie lub prądy błądzące powodują osadzanie się na powierzchniach, które powinny być obojętne. Grzejnik jest objawem, a nie przyczyną.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z polerowaną osłoną, niższą gęstością watów i większą powierzchnią zmniejsza szybkość osadzania się metalu i wydłuża odstępy między wymaganymi czyszczeniami. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, stężenia rozpuszczonego metalu, temperatury roboczej i historii zanieczyszczeń poprzednich grzejników.
