Проблема масштаба без смягчения
Промышленные предприятия, использующие жесткую воду для технологического отопления, сталкиваются с постоянной проблемой: образованием накипи карбоната кальция на поверхностях теплообменников. Накипь образуется при разложении растворенного бикарбоната кальция на поверхности горячей трубки: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O. Карбонат кальция осаждается в виде твердого липкого слоя, который изолирует трубки и снижает теплопередачу.
Традиционное решение – химическое умягчение воды-ионный обмен для удаления ионов кальция и магния-или химические ингибиторы отложений-полифосфаты, фосфонаты и полимеры. Эти обработки увеличивают капитальные затраты, эксплуатационные расходы и требования к обращению с химикатами. Они также вносят в воду натрий, фосфат или полимер, что может быть нежелательно для процесса.
Теплообменник из ПТФЭ противостоит образованию накипи благодаря собственным свойствам материала, что снижает или устраняет необходимость химической обработки воды.
Двойной механизм устойчивости к накипи
ПТФЭ противостоит отложению карбоната кальция за счет двух независимых механизмов: более низкой температуры стенки, которая снижает химическую движущую силу осаждения, и поверхности с низкой-энергией, которая предотвращает прочное прилипание любых образующихся кристаллов.
Более низкая температура стенки является следствием низкой теплопроводности ПТФЭ. В металлической трубе температура стенок практически одинакова от стороны пара до стороны процесса. Температура внешней поверхности приближается к температуре насыщения пара-обычно 120–150 градусов для пара низкого и среднего давления. В трубке из ПТФЭ температура падает на 20-35 градусов по стенке трубки. Температура внешней поверхности составляет 85-115 градусов при тех же условиях пара.
Выпадение карбоната кальция сильно зависит от температуры-. Скорость увеличивается примерно вдвое на каждые 10 градусов повышения температуры поверхности. Более низкая температура стенки ПТФЭ на 20–35 градусов снижает скорость осаждения в 4–10 раз по сравнению с металлической поверхностью.
| Масштабировать параметр сопротивления | Нержавеющая сталь | Титан | ПТФЭ |
|---|---|---|---|
| Температура стенки при давлении пара 3 бара (градусы) | 120-140 | 125-145 | 85-115 |
| Относительная скорость осаждения CaCO₃ | 1,0 (базовый уровень) | 1.1-1.3 | 0.1-0.25 |
| Поверхностная энергия (мН/м) | 40-50 | 35-45 | 18-20 |
| Сила адгезии шкалы (относительная) | 1,0 (базовый уровень) | 0.7-0.9 | 0.05-0.15 |
| Метод удаления накипи | Кислотное удаление накипи | Кислотное удаление накипи | Промыть водой или аккуратно протереть |
Предотвращение адгезии
Кристаллы карбоната кальция, образующиеся в объеме жидкости или на поверхности трубки, должны прилипать к поверхности, образуя слой накипи. На металлических поверхностях кристаллы связываются за счет электростатического притяжения между заряженной поверхностью кристалла и заряженной поверхностью оксида металла, а также за счет механического взаимодействия с шероховатостью поверхности.
На ПТФЭ ни один из механизмов не работает эффективно. Поверхность ПТФЭ является не-полярной и электрически не-проводящей-без электростатического притяжения. Поверхность чрезвычайно гладкая в микроскопическом масштабе-без механических соединений. Кристаллы, образующиеся у поверхности, сметаются потоком воды, а не прилипают.
Накипь, которая накапливается на ПТФЭ-в течение длительного периода времени в очень жесткой воде-, представляет собой рыхлый порошкообразный осадок, а не твердую кристаллическую накипь. Его можно удалить простым промыванием водой или осторожной протиркой без кислотного удаления накипи, необходимого для металлических поверхностей.
Операционная и экономическая выгода
Отказ от химического умягчения воды или обработки ингибитором накипи снижает эксплуатационные расходы и упрощает систему водоподготовки. Отказ от кислотного удаления накипи сокращает трудозатраты на техническое обслуживание, затраты на химикаты, образование опасных отходов и время простоя производства. Для объектов, где жесткость воды умеренная (ниже 200 частей на миллион по CaCO₃), теплообменник из ПТФЭ может исключить необходимость какой-либо обработки для контроля накипи.
Краткое содержание
Теплообменники из ПТФЭ противостоят образованию накипи в жесткой воде благодаря более низкой температуре стенок, что снижает скорость химического осаждения, и поверхности с низкой-энергией, которая предотвращает сильное прилипание кристаллов. Двойной механизм исключает или снижает необходимость химического умягчения воды и кислотного удаления накипи. ПТФЭ обеспечивает не-химический подход к контролю накипи, снижая эксплуатационные расходы и упрощая очистку воды.
Техническая поддержка для спецификации теплообменника из ПТФЭ для применения в жесткой воде доступна после предоставления данных о жесткости воды, рабочей температуре, текущих методах контроля накипи и частоте удаления накипи.
