Путь заражения никто не контролирует
Линия прецизионного цинкования обеспечивает стабильное блестящее покрытие в течение нескольких месяцев. Внезапно появляются детали с гидрофобными пятнами, плохой адгезией и мутными яркими полосами. Анализ ванны показывает нормальные концентрации металлов. Тест на органическое загрязнение выявил содержание минерального масла в 15 частей на миллион-значительно выше порога в 5 частей на миллион для декоративных покрытий. Источником являются не химикаты для нанесения покрытия, не детали и не вода для промывки. Источником является паровая система.
В котле установки используется паровой инжектор для химической обработки. Неисправная форсунка привела к передозировке пленочного аминного ингибитора коррозии в пар. Химическое вещество попало с паром в теплообменник, конденсировалось внутри трубок и проникло через микроскопические коррозионные ямки в стенках змеевика из нержавеющей стали в гальваническую ванну.
Этот путь загрязнения невидим для операторов. Давление пара остается стабильным. При обычном мониторинге утечки не обнаруживаются. Тем не менее, коррозионные ямки, которые со временем образуются в каждом металлическом теплообменнике, создают капиллярные пути, достаточно большие для прохождения растворенных органических веществ, даже если они слишком малы, чтобы пропускать жидкую воду с измеримой скоростью.
Механизм переноса точечных отверстий
В металлических теплообменниках, работающих с паром, на внутренней поверхности образуются очаги коррозии из-за растворенного кислорода, углекислого газа и химикатов для очистки котловой воды. Даже при правильной очистке конденсата змеевик из нержавеющей стали десятилетней-старости содержит тысячи микроскопических ямок.
Эти ямы не вызывают утечек, обнаруживаемых во время обычных гидростатических испытаний. Яма, проникающая на 80% толщины стены, ничего не пропускает. Яма, которая проникает в 95 % утечек со скоростью микролитров в день,-необнаружима по изменению уровня или падению давления с помощью типичных промышленных приборов.
Однако эти-сквозные-ямы в стене представляют собой открытые капилляры со стороны пара. Когда пар переносит растворенные органические вещества-масло из поршневых паровых насосов, химикаты для аминной обработки, летучие ингибиторы коррозии-, эти соединения конденсируются внутри ямы. Градиенты концентрации способствуют диффузии через оставшуюся тонкую металлическую мембрану в технологическую ванну.
Скорость транспортировки минутная, но непрерывная. За недели эксплуатации в ванне накапливаются миллиграммы органических загрязнений. При 15 ppm в ванне объемом 8000-литров общее загрязнение составляет 120 граммов - количество, которое легко переносится посредством капиллярной диффузии в течение времени пребывания в гальванической ванне между отвалами.
Таблица 1. Сравнение барьеров к перекрестному- загрязнению (устаревшие теплообменники, срок службы 5 лет)
| Параметр загрязнения | Нержавеющая сталь 316L (5 лет) | Титан 2 класса (5 лет) | ПТФЭ (5 лет) |
|---|---|---|---|
| Состояние внутренней поверхности | Ямчатая (100-500 ямок/см²) | Умеренная питтинговая коррозия (20-50 питтингов/см²) | Гладкий, без изменений |
| Плотность ям около-сквозной-стены | 5-20 ям на м² | 2-5 ям на м² | Ноль |
| Путь органической диффузии | Капиллярная диффузия через дно ямы | Капиллярная диффузия | Нет (нулевая пористость) |
| Измеримая органическая скорость передачи | 5–20 мг/м²/день (типично) | 2-8 мг/м²/день | 0 мг/м²/день |
| Накопление органики в ванне за 90 дней. | 5–25 частей на миллион (в зависимости от площади катушки) | 2-10 частей на миллион | 0 частей на миллион |
| Целостность барьера после термоциклирования | Ухудшается (термический стресс приводит к образованию ямок) | Ухудшается | Без изменений |
Непроницаемый барьер из ПТФЭ
ПТФЭ не-непористый на молекулярном уровне. Структура фторполимера не содержит взаимосвязанных пустот, границ зерен и кристаллических дефектов, образующих капиллярные пути. Даже небольшие органические молекулы не могут проникать через стенку трубки со скоростью, которую можно обнаружить в промышленных целях.
Скорость проникновения минерального масла через ПТФЭ толщиной 1 мм при температуре 143 градуса фактически равна нулю. Молекулярный размер алкановых цепей минерального масла (C15-C40) слишком велик, чтобы пройти через элементы свободного объема фторполимерной матрицы. Ингибиторы коррозии аминов с молекулярной массой 200-400 г/моль также не могут проникать.
Этот барьер не зависит от поддержания пассивной пленки или предотвращения коррозии. Это присуще материальной структуре. Трубка из ПТФЭ, находившаяся в паровой эксплуатации в течение десяти лет, имеет такое же сопротивление проникновению, как и новая трубка. Ямки не образуются. Капилляры не развиваются. Барьер постоянный.
Химическая совместимость котлов
Непроницаемый барьер обеспечивает свободу выбора очистки котловой воды. Металлические теплообменники ограничивают химический состав котла, поскольку химикаты для обработки, которые контактируют с внутренней поверхностью змеевика, могут быть несовместимы с технологической ванной на внешней стороне. Пленочный амин, который защищает стальные трубы котла, может загрязнить ванну никелирования, если он проникнет через дефекты змеевика.
Теплообменники из ПТФЭ устраняют это ограничение. Котел можно обрабатывать любыми химическими веществами, необходимыми для котла, независимо от химического состава технологической ванны. Стенка из ПТФЭ полностью изолирует две среды. Инженер-технолог определяет химический состав ванны для обеспечения эффективности гальванического покрытия. Инженер-котел определяет химический состав пара для защиты котла. Ни одно из решений не ограничивает другое.
Подтверждение на месте от предприятия по декоративному покрытию
На предприятии по нанесению декоративного цинк-никелевого покрытия за три года произошло четыре случая органического загрязнения, каждый из которых был связан с химическими изменениями в паровой системе. Теплообменники из нержавеющей стали подвергались-испытаниям под давлением после каждого испытания и не выдержали-обнаруженных утечек. Загрязнение было связано с капиллярным транспортом через очаги коррозии.
На предприятии заменены змеевики из нержавеющей стали на теплообменники из ПТФЭ. За прошедшие с тех пор четыре года не произошло никаких случаев органического загрязнения, несмотря на два дополнительных изменения химического состава очистки котла за этот период. Барьер из ПТФЭ устранил путь загрязнения, который невозможно было обнаружить только при испытаниях под давлением.
Краткое содержание
Теплообменники из ПТФЭ предотвращают перенос масла и органических загрязнений из паровых систем в технологические ванны, обеспечивая молекулярно-непроницаемую стенку трубок, в которой не образуются капиллярные пути, присущие корродированным металлическим трубкам. Коррозионные ямки, расположенные вблизи-сквозных-стенок металлических катушек, транспортируют органические молекулы со скоростью, слишком низкой, чтобы ее можно было обнаружить при обычном тестировании на герметичность, но достаточной для загрязнения чувствительных гальванических ванн.
Постоянная барьерная целостность ПТФЭ исключает этот путь загрязнения и отделяет решения по очистке котловой воды от требований к чистоте технологической ванны. Котел и ванну можно оптимизировать независимо друг от друга без риска перекрестного-загрязнения.
Инженерный анализ модернизации теплообменника из ПТФЭ в операциях по нанесению покрытия,-чувствительного к загрязнению, доступен после предоставления текущего материала и возраста змеевика, химического состава обработки паровой системы, а также любой истории необъяснимых случаев органического загрязнения.
