Linia do trawienia stali nierdzewnej wymagała zamiennej grzałki zanurzeniowej z PTFE do kąpieli w kwasie azotowym-fluorowodorowym o temperaturze 60 stopni. Istniejąca nagrzewnica uległa awarii już po sześciu miesiącach pracy.-Powłoka z PTFE utworzyła pęcherze i pękła wzdłuż całej ogrzewanej części. Zespół konserwacyjny podejrzewał, że grzejnik był za mały i działał ze zbyt dużą gęstością watów.
Kąpiele trawiące z mieszanym kwasem należą do najbardziej wymagających chemikaliów dla grzałek zanurzeniowych PTFE. Składnik kwasu fluorowodorowego atakuje PTFE poprzez przenikanie, a składnik kwasu azotowego utlenia powierzchnię polimeru. Połączenie HF i kwasu azotowego w temperaturze 60 stopni wymaga konserwatywnej konstrukcji o niskiej gęstości mocy i dużej powierzchni.
Dlaczego wytrawianie mieszanym kwasem wymaga niskiej gęstości watów
Kwas fluorowodorowy przenika PTFE z szybkością zależną od temperatury i stężenia. Kwas azotowy utlenia powierzchnię polimeru. Razem powodują one degradację powłoki szybciej niż każdy z nich osobno.
Bezpieczna gęstość mocy dla grzałki zanurzeniowej PTFE podczas trawienia mieszanym kwasem w temperaturze 60 stopni wynosi 0,8–1,0 W/cm². Powyżej tego zakresu temperatura powierzchni przekracza bezpieczną granicę dla polimeru, a szybkość degradacji przyspiesza.
| Skład Kwasu | Temperatura | Bezpieczna gęstość watów | Powierzchnia dla 5 kW | Oczekiwany okres użytkowania |
|---|---|---|---|---|
| 10% HNO₃ + 2% HF | 50 stopni | 1,0–1,2 W/cm² | 4167–5 000 cm² | 3–5 lat |
| 10% HNO₃ + 2% HF | 60 stopni | 0,8–1,0 W/cm² | 5 000–6 250 cm² | 2–4 lata |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 60 stopni | 0,7–0,9 W/cm² | 5556–7143 cm² | 18–36 miesięcy |
| 20% HNO₃ + 4% HF | 60 stopni | 0,6–0,8 W/cm² | 6250–8333 cm² | 12–24 miesiące |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 70 stopni | 0,5–0,7 W/cm² | 7 143–10 000 cm² | 8–18 miesięcy |
Wymagania dotyczące bezpiecznej gęstości watów i pola powierzchni w przypadku trawienia mieszanego kwasem
Pułap temperaturowy dla usług mieszanych kwasów
Temperatura powierzchni jest zmienną kontrolującą. W przypadku trawienia mieszanym kwasem o temperaturze 60 stopni, temperatura powierzchni nie powinna przekraczać 85–90 stopni. Powyżej tego zakresu szybkość przenikania HF i szybkość utleniania kwasu azotowego przyspieszają, a PTFE szybko ulega degradacji.
Aby utrzymać temperaturę powierzchni poniżej 90 stopni, gęstość watów musi być ograniczona do 0,8–1,0 W/cm² w kąpielach o umiarkowanym mieszaniu. W strefach o niskim-przepływie limit spada do 0,6–0,8 W/cm².
Obliczanie wymaganej powierzchni
Wymagana powierzchnia zależy od mocy i gęstości watów. Przy obciążeniu 5 kW przy 0,9 W/cm² wymagana powierzchnia wynosi 5556 cm². Pojedynczy prosty grzejnik o średnicy płaszcza 50 mm i ogrzewanej długości 1500 mm zapewnia około 2356 cm²-mniej niż połowę zapotrzebowania. Wymagana jest konfiguracja wieloprzebiegowa-lub wiele grzejników.
Jeśli zbiornik nie może pomieścić jednego dużego grzejnika, wiele mniejszych grzejników rozmieszczonych wokół zbiornika może zapewnić wymaganą powierzchnię przy jednoczesnym zachowaniu niskiej gęstości watów.
| Moc | Bezpieczna gęstość watów | Wymagana powierzchnia | Długość pojedynczego grzejnika (osłona 50 mm) | Konfiguracja wieloprzepustowa- |
|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,9 W/cm² | 3333 cm² | 2122 mm | 2 przejścia × 1061 mm |
| 4 kW | 0,9 W/cm² | 4444 cm² | 2829 mm | 3 przejścia × 943 mm |
| 5 kW | 0,9 W/cm² | 5556 cm² | 3537 mm | 4 przejścia × 884 mm |
| 6 kW | 0,9 W/cm² | 6667 cm² | 4244 mm | 5 przejść × 849 mm |
| 8 kW | 0,9 W/cm² | 8889 cm² | 5659 mm | 6 przejść × 943 mm |
Wymagania dotyczące powierzchni i konfiguracji grzejnika dla wytrawiania mieszanym kwasem przy 0,9 W/cm²
Praktyczne etapy specyfikacji dla usług mieszanych kwasów
Zacznij od składu kwasu. Wyższe stężenia HF i kwasu azotowego wymagają niższej gęstości mocy. Dla 10% HNO₃ + 2% HF gęstość w watach nie powinna przekraczać 1,0 W/cm². Dla 15% HNO₃ + 3% HF limit spada do 0,9 W/cm².
Wybierz gęstość watów na podstawie rzeczywistych warunków przepływu w lokalizacji grzejnika. W umiarkowanie mieszanej kąpieli odpowiednie jest 0,9 W/cm². W strefie niskiego-przepływu obniż wartość do 0,7 W/cm².
Oblicz wymaganą powierzchnię na podstawie mocy i gęstości watów. Przy obciążeniu 5 kW przy 0,9 W/cm² wymagane jest 5556 cm². Jeśli pojedynczy grzejnik nie jest w stanie zapewnić takiej powierzchni w zbiorniku, należy rozważyć wiele grzejników rozmieszczonych na obwodzie.
Sprawdź, czy temperatura powierzchni grzejnika utrzymuje się poniżej 90 stopni. Jeśli obliczona temperatura powierzchni przekracza ten limit, należy jeszcze bardziej zmniejszyć gęstość watów lub poprawić przepływ na powierzchni grzejnika.
Gdy standardowe grzejniki nie są w stanie spełnić wymagań dotyczących gęstości watów
Zbiorniki do wytrawiania mieszanego kwasu o wysokich wymaganiach w zakresie mocy i ograniczonej przestrzeni peryferyjnej często nie są w stanie pomieścić standardowych grzałek zanurzeniowych z PTFE przy niskiej gęstości mocy wymaganej przez chemię. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o dużej powierzchni, małej gęstości watów i położeniu zoptymalizowanym-przepływu rozwiązuje pierwotną przyczynę niedopasowania gęstości watów. Proces specyfikacji wymaga składu kwasu, temperatury roboczej, wymiarów zbiornika, warunków przepływu i wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w linie do wytrawiania mieszanymi kwasami to-podejście specyficzne dla danego zastosowania ogranicza degradację powłoki i wydłuża żywotność grzejników.
