Проблема с нагревателем черного оксида
Ванны для нанесения черного оксида работают при температуре 135-145 градусов с химической смесью гидроксида натрия при 600-800 г/л, нитрата натрия при 200–300 г/л и нитрита натрия при 50–100 г/л. Раствор не просто щелочной — это расплавленная смесь солей, по консистенции приближающаяся к расплавленной каустике. При рабочей температуре раствор разъедает практически все металлы. Нержавеющая сталь растворяется в течение нескольких часов. Титан быстро корродирует. Даже сплавы с высоким содержанием никеля испытывают трудности.
Единственными металлическими материалами с полезным сопротивлением являются низко-углеродистая сталь (образующая защитную магнетитовую пленку) и некоторые сплавы с высоким-хромом. Но даже они имеют ограниченный срок службы — 6-18 месяцев. Нитратный окислитель постоянно разрушает защитную пленку. Преимущественно корродируют сварные швы и зоны термического влияния. Разрушение происходит из-за равномерного истончения и локальной точечной коррозии.
ПТФЭ химически невосприимчив к этой среде. Углерод-фтористая основная цепь стабильна в горячей концентрированной щелочи и устойчива к окислению нитратами при температурах до 260 градусов, -значительно выше рабочей температуры 145 градусов в ваннах с черным оксидом.
Механизм двойной атаки
Растворы черных оксидов воздействуют на металлы по двум одновременным механизмам: щелочному растворению и окислению нитратов. Концентрированный гидроксид натрия растворяет пассивную оксидную пленку на большинстве металлов. Нитрат окисляет незащищенный основной металл. Оба механизма усиливают друг друга.
Низко-углеродистая сталь выдерживает образование пленки магнетита (Fe₃O₄), которая устойчива в горячей концентрированной щелочи. Это та же пленка, которая образуется на трубах котлов в паровых системах высокого-давления. Однако нитрат в ванне с черным оксидом постоянно окисляет магнетит до не-защитного гематита (Fe₂O₃). Пленка должна постоянно реформироваться, потребляя при этом недрагоценный металл. Результатом является медленное, но устойчивое истончение стенок.
Сварные швы с измененной микроструктурой и остаточными напряжениями образуют меньше защитного оксида. Они корродируют быстрее, чем основной металл. Сварной стальной нагреватель сначала выходит из строя по сварным швам-так же, как и в других агрессивных химических средах.
| Параметр коррозии | Низко-Нагреватель из углеродистой стали | Нагреватель из сплава с высоким-хромом | ПТФЭ теплообменник |
|---|---|---|---|
| Защитная пленка | Fe₃O₄ (магнетит) | Cr₂O₃ (хромий) | Ничего не требуется |
| Стабильность пленки в NaOH при 140 градусах | Хороший (но окисляется нитратами) | Умеренный (подвержен воздействию едкости) | N/A |
| Равномерная скорость коррозии (мм/год) | 0.5-2.0 | 0.2-0.8 | 0 |
| Скорость коррозии зоны сварного шва (относительная) | 1,5-3,0× недрагоценный металл | 2,0-4,0× недрагоценный металл | Н/Д (без сварных швов) |
| Ожидаемый срок службы (мес.) | 6-12 | 12-18 | 60+ |
Преимущество температурного запаса
Рабочая температура ванн с черным оксидом 135–145 градусов находится в пределах возможностей ПТФЭ (максимум 260 градусов), но превышает практические пределы многих других фторполимеров. Например, ПВДФ ограничен температурой около 150 градусов на воздухе, но значительно размягчается в горячей щелочи. ФЭП рассчитан на температуру 204 градуса, но имеет меньшую механическую прочность, чем ПТФЭ, при повышенной температуре.
ПТФЭ сохраняет полезные механические свойства во всем рабочем диапазоне черного оксида. Ползучесть под давлением пара при 145 градусах можно контролировать при соответствующей толщине стенки трубы и расстоянии между опорами. Термическая стабильность материала гарантирует, что никакие продукты разложения не загрязнят ванну для нанесения покрытия-, что очень важно для процесса, в котором качество отделки поверхности контролируется визуально.
Тепловой запас также обеспечивает безопасность от сбоев в процессе. Если терморегулятор выйдет из строя и ванна перегреется до 160-170 градусов до того, как сработает система безопасности, ПТФЭ не повредится. В результате такого отклонения теплообменник из ПВДФ или ФЭП может быть необратимо деформирован или поврежден.
Преимущество чистоты ванны
Металлические нагреватели в ваннах с черным оксидом вносят в раствор растворенные ионы металлов. Железо из стальных нагревателей и хром из сплавов слегка изменяют химический состав покрытия. Влияние на качество покрытия часто связывают со старением ванны, а не с нагревателем. Предприятия допускают постепенное снижение характеристик покрытия по мере старения ванны между сбросами.
ПТФЭ не содержит ионов металлов. Химический состав ванны меняется только в результате предполагаемых химических реакций процесса нанесения покрытия и потерь на вытягивание. Качество покрытия остается неизменным на протяжении всего срока службы ванны. Устранение загрязнений, вызываемых нагревателем-, может продлить срок службы ванны или сократить частоту химической регулировки.
Краткое содержание
Ванны с черным оксидным покрытием разрушают металлические нагреватели за счет совместного растворения каустической кислоты и окисления нитратов при температуре 135-145 градусов. Теплообменники из ПТФЭ химически невосприимчивы к обоим механизмам и сохраняют механическую целостность с достаточным запасом ниже максимальной рабочей температуры в 260 градусов. Устранение коррозии нагревателя продлевает срок службы оборудования более чем на 5 лет и предотвращает загрязнение ионами металлов ванны для нанесения покрытия.
Техническая поддержка для спецификации теплообменника из ПТФЭ для применения в черной оксидной и других системах горячего щелочного окисления доступна после предоставления данных о химическом составе ванны, рабочей температуре, размерах резервуара и текущих данных о сроке службы нагревателя.
