Цех по отделке металлов извлек погружной нагреватель из ПТФЭ из резервуара для щелочной очистки после пяти месяцев эксплуатации. Поверхность оболочки была покрыта твердой стекловидной пленкой, которая не поддавалась удалению разбавленной кислотой. Бригаде технического обслуживания пришлось использовать долото, чтобы оторвать пленку, в результате чего ПТФЭ порвался в нескольких местах. Пленка представляла собой не обычную окалину карбоната кальция. Это было силикатное стекло, приплавившееся к поверхности обогревателя.
Пленки силикатного стекла являются одними из самых стойких отложений на погружных нагревателях из ПТФЭ. Они образуются в щелочных очищающих ваннах, содержащих силикат натрия, обычную добавку, используемую для буферизации, ингибирования коррозии и суспендирования загрязнений. Силикат полимеризуется на горячих поверхностях, образуя стеклоподобный слой, который химически связывается с ПТФЭ.
Почему на горячих поверхностях образуются силикатные пленки?
Силикат натрия представляет собой смесь оксида натрия и диоксида кремния. В растворе он существует в виде силикат-ионов. Когда раствор контактирует с горячей поверхностью, силикат полимеризуется-ионы силиката связываются вместе, образуя длинные цепи и сетки. Полимеризация обусловлена температурой и испарением воды на горячей поверхности.
Полимеризованный силикат образует твердую, химически устойчивую и прочно связанную с поверхностью пленку. Пленка разрастается по мере увеличения количества силикатных отложений. Со временем он становится толще и становится более стеклянным-как стекло. В отличие от карбонатной окалины, которая прилипает за счет механического сцепления, силикатные пленки химически связываются с поверхностью ПТФЭ.
| Силикатная концентрация | Температура ванны | Температура поверхности оболочки | Скорость образования пленки | Время получения пленки толщиной 1 мм |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 градусов | 75 градусов | Низкий | 6–12 месяцев |
| 2–4% | 70 градусов | 85 градусов | Умеренный | 3–6 месяцев |
| 4–6% | 75 градусов | 95 градусов | Высокий | 6–12 недель |
| >6% | 80 градусов | 105 градусов + | Очень высокий | 3–6 недель |
Скорость образования силикатной пленки в зависимости от концентрации и температуры оболочки
Почему силикатные пленки более опасны, чем карбонатная накипь
Карбонатная осадка относительно мягкая и пористая. Он прилипает за счет механической блокировки и слабых сил Ван-дер-Ваальса. Разбавленная кислота растворяет его, и поверхность ПТФЭ под ним обычно остается неповрежденной.
Силикатные пленки бывают разные. Они твердые, плотные и химически связаны с ПТФЭ. Силикатная сетка образует ковалентные связи с поверхностью полимера. Пленка не растворяется в кислоте. Требуется щелочная очистка или механическое удаление.
Механическое удаление-скребком, долблением или абразивно-струйной обработкой-повреждает ПТФЭ и создает центры зародышеобразования для формирования будущей пленки. Поврежденные участки более восприимчивы к силикатному склеиванию, чем исходная гладкая поверхность.
Роль температуры поверхности оболочки
Скорость полимеризации силиката увеличивается с температурой. Каждые 10 градусов повышения примерно удваивают этот показатель. Нагреватель, работающий при температуре поверхности 95 градусов, образует силикатную пленку в два раза быстрее, чем при температуре 85 градусов.
Температура поверхности зависит от плотности ватт и условий потока. Нагреватель, работающий при мощности 1,4 Вт/см² в ванне с умеренным перемешиванием, может иметь температуру поверхности на 15–20 градусов выше температуры основной массы. У обогревателя мощностью 0,9 Вт/см² температура поверхности может быть всего на 10–12 градусов выше температуры основной массы. Более низкая плотность мощности снижает температуру поверхности и замедляет образование пленки.
Предотвращение образования силикатной пленки
Наиболее эффективной профилактикой является снижение температуры поверхности оболочки. Более низкая плотность мощности сохраняет поверхность прохладной и замедляет скорость полимеризации. Нагревателю, работающему при мощности 0,9 Вт/см², может потребоваться в два раза больше времени для формирования пленки толщиной 1 мм, чем нагревателю с мощностью 1,4 Вт/см².
Полированная поверхность снижает прочность сцепления силикатной пленки. Гладкая поверхность обеспечивает меньшее количество мест зародышеобразования и меньшее механическое сцепление. Полированные поверхности увеличивают интервал очистки на 30–50 % по сравнению со стандартными поверхностями.
Регулярная чистка удаляет пленку до того, как она станет толстой и цепкой. Тонкую пленку удалить легче, чем толстую. Интервал очистки должен основываться на результатах проверки, а не на фиксированном календаре.
| Меры профилактики | Влияние на образование пленки | Выполнение |
|---|---|---|
| Меньшая плотность ватт, 0,9 Вт/см² | Медленная полимеризация | Конструкция обогревателя |
| Полированная поверхность | Снижение адгезии | Отделка нагревателя |
| Регулярная уборка | Предотвращает появление толстой пленки | График технического обслуживания |
| Пониженная концентрация силикатов | Более низкая скорость осаждения | Химический контроль ванны |
Меры профилактики образования силикатной пленки в щелочных чистящих средствах
Очистка силикатных пленок без повреждения нагревателя
Силикатные пленки не растворяются в кислоте. Они требуют щелочной очистки или механического удаления.
Щелочной чистящий раствор,-обычно 5–10 % гидроксида натрия при температуре 50–60 градусов -может размягчить силикатную пленку и ее можно будет смахнуть щеткой. Чистящий раствор следует циркулировать или перемешивать, чтобы поддерживать контакт с пленкой. После очистки следует осмотреть нагреватель, чтобы убедиться, что пленка удалена.
Механическое удаление должно быть крайней мерой. Если необходимо механическое удаление, используйте пластиковый скребок или мягкую щетку. Не используйте проволочные щетки, металлические скребки или абразивные подушечки, поскольку они могут повредить ПТФЭ.
Когда силикатная пленка указывает на проблему со спецификацией
Нагреватель, на котором образуется толстая силикатная пленка, несмотря на регулярную очистку, указывает на то, что нагреватель работает с плотностью ватт, слишком высокой для химического состава ванны. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с меньшей удельной мощностью, полированной поверхностью и большей площадью поверхности устраняет основную причину отложения силиката. Для процесса спецификации требуется химический состав ванны, концентрация силиката, рабочая температура и необходимая мощность. Для объектов с силикатными-содержащими щелочными чистящими средствами этот-подход, ориентированный на конкретное применение, уменьшает образование пленки и продлевает срок службы нагревателя.
