Żółknące rurki
Podczas rutynowej kontroli personel konserwacyjny zauważa, że nieskazitelnie białe rurki wymiennika ciepła z PTFE zainstalowane dwa lata temu zmieniły kolor na żółto-brązowy. Na niektórych tubach przebarwienie jest jednolite, na innych niejednolite. Wymiennik ciepła w dalszym ciągu działa zgodnie ze specyfikacją. Ciśnienie pary i moc cieplna pozostają niezmienione. Pytanie: czy to kosmetyk, czy sygnalizuje degradację materiału zagrażającą integralności tuby?
Odbarwienie PTFE ma wiele przyczyn, od nieszkodliwego przebarwienia powierzchni po poważną degradację termiczną lub chemiczną. Rozróżnienie między nimi wymaga analizy wzoru, chemii procesu i historii temperatur roboczych. Błędna diagnoza-wymiana lamp, które są jedynie zabrudzone lub dalsza eksploatacja rur, które ulegają degradacji chemicznej-pociąga za sobą niepotrzebne koszty i konsekwencje dla bezpieczeństwa.
Mechanizmy przebarwień
Zabarwienie powierzchni następuje, gdy kolorowe związki z roztworu procesowego adsorbują się na powierzchni PTFE. Jony metali-żelazo tworzące żółtą-brązową, miedź wytwarzającą niebieski-zielony, chrom wytwarzający pomarańczowy-mogą osadzać się w postaci cienkich warstw tlenku. Związki organiczne powstałe w wyniku rozkładu rozjaśniacza lub zanieczyszczenia olejem mogą tworzyć brązowawe pozostałości. Te plamy są powierzchowne. Nie wnikają w PTFE i nie zmieniają jego właściwości mechanicznych.
Plamę często można wytrzeć lub spłukać, co potwierdza jej powierzchowny charakter. Jeśli plama nie zostanie usunięta, ale powierzchnia tubki pozostanie gładka, a grubość ścianki niezmieniona, plama może zostać wchłonięta przez zewnętrzne warstwy polimeru-kosmetycznego, ale trwałe.
Degradacja termiczna powoduje odbarwienie w wyniku rozerwania łańcucha polimeru i utleniania. Utrzymująca się temperatura powyżej 260 stopni lub długotrwała praca w pobliżu tej granicy powoduje, że PTFE zmienia kolor na żółty, a następnie brązowy, w miarę tworzenia się sprzężonych wiązań podwójnych w szkielecie polimeru. Prawdziwej degradacji termicznej towarzyszą obniżone właściwości mechaniczne. Odbarwiona rurka wydaje się sztywniejsza, może wykazywać mikro-pęknięcia powierzchniowe oraz ma zmniejszoną wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie.
Atak chemiczny powoduje odbarwienie w wyniku chemicznej zmiany struktury polimeru. Silne środki redukujące, metaliczny sód lub niektóre związki organiczne mogą usuwać atomy fluoru z łańcucha, pozostawiając bogatą w węgiel-powierzchnię. Atakowi chemicznemu towarzyszy chropowatość powierzchni, utrata integralności mechanicznej i często zmiana wymiarów rur.
Tabela 1: Diagnostyka przebarwień rurki PTFE
| Rodzaj przebarwień | Kolor | Wzór | Tekstura powierzchni | Test wycierania | Właściwości mechaniczne | Zalecane działanie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Zabarwienie żelazem | Żółty-pomarańczowy | Niejednolity, często w pobliżu linii wodnej | Gładki | Wyciera się częściowo lub całkowicie | Normalna | Czysty; nie ma potrzeby wymiany |
| Pozostałość organiczna | Brązowy, lepki | Jednolity lub w paski | Może sprawiać wrażenie lekko lepkiego | Przeciera rozpuszczalnikiem | Normalna | Oczyścić odpowiednim rozpuszczalnikiem |
| Barwienie chromu | Żółty-zielony | Jednolite, słabe | Gładki | Nie wyciera się łatwo | Normalna | Kosmetyk; nie jest potrzebne żadne działanie |
| Łagodna ekspozycja termiczna | Bladożółty | Mundur | Gładki | Nie wyciera | Nieznacznie zmniejszone wydłużenie | Obniż temperaturę pary; monitor |
| Poważna degradacja termiczna | Ciemny brąz | Mundur | Szorstkie, mikro-pęknięcia | Nie wyciera | Znacząco zmniejszona wytrzymałość | Wymień rurki; zbadać przyczynę |
| Atak chemiczny | Zmienne, często niejednolite | W strefach kontaktu chemicznego | Szorstki, dziurawy | Nie wyciera | Zmniejszony | Zidentyfikuj substancję chemiczną; wymienić rurki |
| Ekspozycja na promieniowanie UV (-sekcje nie zanurzone) | Kredowa biel | Tylko powyżej poziomu cieczy | Sypki | Wyłącz puder | Nieznaczna degradacja powierzchni | Osłona przed promieniowaniem UV; dopuszczalne dla sekcji podporowych |
Ocena wpływu na wydajność
Kosmetyczne plamy z jonów metali lub pozostałości organicznych mają znikomy wpływ na przenikanie ciepła. Warstwa plamy ma grubość od angstremów do mikronów,-znacznie cieńszą niż termiczna warstwa graniczna. Ogólna wartość U-nie ulega zmianie. Rury z kosmetycznymi przebarwieniami mogą być nadal eksploatowane bez utraty wartości znamionowych.
Prawdziwa degradacja termiczna lub chemiczna zmniejsza grubość ścianki rury lub jej integralność mechaniczną. Nawet jeśli przenoszenie ciepła wydaje się normalne, zdegradowane rury mają zmniejszone marginesy ciśnienia rozrywającego. Rura, która straciła 30% swojej wytrzymałości na rozciąganie w wyniku degradacji termicznej, może ulec uszkodzeniu pod wpływem skoku ciśnienia, który przetrwałby zdrową rurę.
Test wydajności jest drugorzędny w stosunku do testu integralności. Jeżeli przebarwieniu towarzyszy zmniejszenie grubości ścianki, pękanie powierzchni lub mierzalna utrata wytrzymałości na rozciąganie próbki, rurki należy wymienić niezależnie od aktualnej wydajności wymiany ciepła.
Środki zapobiegawcze
Plamy żelaza i chromu można zredukować kontrolując zawartość rozpuszczonych metali w kąpieli procesowej. Jeśli źródłem plam jest sam wymiennik ciepła-metalowy wymiennik znajdujący się przed nim-, plamy zmniejszą się po konwersji na PTFE w całym systemie.
Degradacji termicznej zapobiega się poprzez utrzymywanie temperatury pary w granicach znamionowych PTFE i unikanie przegrzania pary. Schładzacz lub zawór-redukujący ciśnienie zapewniają, że temperatura nasycenia pary nie przekracza wartości znamionowych projektowych wymiennika.
Atakowi chemicznemu można zapobiec weryfikując zgodność chemii procesu przed wprowadzeniem nowych środków chemicznych oraz badając wszelkie zmiany w procesie w przypadku pojawienia się odbarwienia.
Streszczenie
Odbarwienia rur wymiennika ciepła PTFE mogą obejmować zarówno nieszkodliwe przebarwienia powierzchni, jak i poważną degradację materiału. Diagnoza opiera się na kolorze, wzorze, fakturze powierzchni, wynikach testu wycierania i-w razie wątpliwości-testowaniu właściwości mechanicznych. Plamy kosmetyczne nie wpływają na działanie ani integralność. Degradacja zmieniająca właściwości mechaniczne wymaga wymiany rurki.
Środki zapobiegawcze obejmują kontrolę zanieczyszczeń procesowych, utrzymywanie temperatury pary w określonych granicach oraz weryfikację zgodności chemicznej. Rurka, która jest jedynie poplamiona, jest bezpieczna; rurka, która jest odbarwiona i krucha, nie jest.
Wsparcie inżynieryjne w ocenie odbarwienia rurki PTFE jest dostępne po przesłaniu zdjęć, danych chemicznych procesu, historii temperatury roboczej oraz wszelkich pomiarów grubości ścianki lub właściwości mechanicznych.
