Gegndræpi vetnisklóríðs (HCl) gass í gegnum PFA hitaslíður skapar veruleg áreiðanleikaáskorun í klórunarofnum, lyfjagerð og hálfleiðaraætingarverkfærum. Ólíkt fljótandi HCl, sem bólgnar PFA í meðallagi, eru þurrar HCl gassameindir litlar (hreyfifræðilegt þvermál 0,32 nm) og mjög skautaðar, sem leyfa hraða dreifingu í gegnum myndlaus svæði fjölliðunnar. Við hærra hitastig og þrýsting-120 gráður og 3 bör þrýstingur er algengur í vinnsluhitara-hraði gegndræpis hraða veldisvísis. Fyrir 2 mm þykkan PFA-vegg við þessar aðstæður er væntanlegur stöðugur gegndræpi á bilinu 0,8 til 2,5 g/m²·dag, allt eftir PFA-flokki, kristöllun og tilvist hvers kyns raka sem frásogast. Þessi hraði þýðir að dæmigert 1 m² yfirborð hitari tapar 0,8–2,5 grömm af HCl í gegnum PFA vegginn á dag, snertir undirliggjandi málmkjarna og kemur af stað tæringu.
Permeation Physics fyrir HCl Gas í PFA
Gegndræpi gass í gegnum fjölliðu fylgir lausnar-dreifingarlíkaninu: P=S × D, þar sem P er gegndræpisstuðullinn, S er leysni gassins í fjölliðunni og D er dreifingarstuðullinn. HCl er frábrugðið flestum lofttegundum vegna þess að það er mjög leysanlegt í PFA. Við 120 gráður er leysistuðullinn fyrir HCl í PFA um það bil 0,5–1,2 cm³(STP)/cm³·bar, um það bil 10–50 sinnum hærri en fyrir köfnunarefni eða súrefni. Dreifingarstuðull HCl í PFA við 120 gráður er um það bil 1–3 × 10⁻⁸ cm²/s, sambærilegt við vatnsgufu. Varan gefur gegndræpi P=5–30 × 10⁻⁹ cm³·cm/cm²·s·cmHg. Umbreytt í hagnýtar einingar: fyrir 2 mm vegg (0,2 cm) við 120 gráður með 3 bör (2.250 mmHg) hlutaþrýstingsmun), flæði J=P × Δp / þykkt=10⁻⁸ × 2.250 / 0.2=1.125} × 10 cm⁴⁴⁴⁴) cm/³s) cm²s Umreiknað í massa: 1,125 × 10⁻⁴ cm³/cm²·s × (36,46 g/mól / 22.400 cm³/mól) × 86,400 s/dag=0.016 g/m²·dag. Þetta reiknaða gildi er mun lægra en tilraunamælingar, sem gefur til kynna að einfalda líkanið vanmeti leysni við háan þrýsting vegna mýkingar-HCl gas stækkar PFA, eykur laust rúmmál og hraðar enn frekar gegndræpi.
Tilraunamælingar með gegnumstreymisfrumu (ASTM D814) á 2 mm þjöppuðum-mótuðum PFA blöðum við 120 gráður og 3 bör HCl gefa stöðuga-hraða upp á 0,8–2,5 g/m²·dag, með að meðaltali 1,6 g/m²·dag. Breitt svið endurspeglar breytileika í PFA kristöllun (hærri kristöllun dregur úr gegndræpi) og nærveru raka (jafnvel 0,1% vatn í HCl eykur gegndræpi um 3–5× vegna burðaráhrifa). Fyrir útpressaðar PFA-slöngur (sem eru með stillt kristallít og færri myndlausar leiðir en þjöppunar-mótað blað) er gegndræpihlutfallið 20–30% lægra: 0,6–1,8 g/m²·dag.
Hitastig og þrýstingsháð
Gegndræpihraði eykst mjög með hitastigi í kjölfar Arrheniusarsambands. Með því að hækka hitastigið úr 120 gráðum í 140 gráður hækkar gegndræpihraðinn um 2,5–3,0 stuðul fyrir sama þrýsting. Við 150 gráður fer áætlaður hraði í gegnum 2 mm vegg yfir 5 g/m²·dag. Undir 80 gráður verður gegndræpi HCl hverfandi í flestum hagnýtum tilgangi (<0.05 g/m²·day). The pressure dependence is approximately linear below 5 bar, as predicted by Henry's law for solubility. At 3 bar, the rate is three times that at 1 bar. Above 5 bar, plasticization causes a super-linear increase; at 8 bar, the permeation rate can be 12–15× the 1 bar rate, not 8× as linear scaling would predict.
Veggþykktin mælist öfugt við gegndræpi. 1 mm veggur við 120 gráður og 3 bör myndi hafa hraðann 1,6–5,0 g/m²·dag. 3 mm vegg myndi minnka hraðann í 0,4–1,0 g/m²·dag. Hins vegar, að auka þykkt umfram 2,5 mm bætir verulega við efniskostnaði og dregur úr hitaflutningi, þannig að 2,0 mm er algengasta forskriftin fyrir HCl þjónustu.
Gegndræpihlutfall eftir ástandi og PFA einkunn
| Ástand | Hitastig | Þrýstingur (HCl gas) | PFA einkunn | Veggþykkt | Áætluð gegndræpi (g/m²·dag) | Tími til að ná málmkjarna (1,5 mm frá innra yfirborði)* |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Þurrt HCl, samfellt | 80 gráður | 1 bar | Standard | 2,0 mm | 0.05–0.10 | >2 ár (hverfandi) |
| Þurrt HCl, samfellt | 100 gráður | 2 bar | Standard | 2,0 mm | 0.3–0.7 | 6–12 mánaða |
| Þurrt HCl, samfellt | 120 gráður | 3 bar | Standard | 2,0 mm | 0.8–2.5 | 3–6 mánuði |
| Þurrt HCl, samfellt | 120 gráður | 3 bar | High-crystallinity (annealed, >55%) | 2,0 mm | 0.4–1.2 | 4-8 mánuðir |
| Þurrt HCl, samfellt | 120 gráður | 3 bar | Standard með 0,1 mm ETFE hindrunarlagi | 2,0 mm samtals | 0.2–0.5 | 6–12 mánaða |
| Þurrt HCl, samfellt | 140 gráður | 3 bar | Standard | 2,0 mm | 2.5–6.0 | 1–3 mánuðir |
| Blautt HCl (1% H2O) | 120 gráður | 3 bar | Standard | 2,0 mm | 3.0–8.0 | 1–2 mánuði |
| Þurrt HCl, með hléum (50% tollur) | 120 gráður | 3 bar | Standard | 2,0 mm | 0,4–1,2 (tími-meðaltal) | 6–12 mánaða |
| Þurrt HCl, samfellt | 120 gráður | 5 bar | Standard | 2,5 mm | 1.0–3.0 | 3–5 mánuðir |
| Þurrt HCl, samfellt | 120 gráður | 3 bar | Standard | 3,0 mm | 0.3–0.8 | 6–12 mánaða |
*Tími til að ná málmkjarna gerir ráð fyrir að upphaflegt gegndræpi byrji frá innra yfirborði (málmhlið) og dreifist út á við. Raunverulegur tími fer eftir tæringarhraða málmkjarna; gegndreypt HCl hvarfast strax við málm.
Afleiðingar fyrir hönnun og viðhald hitara
Við áætlaða gegndræpihraða 0,8–2,5 g/m²·dag í gegnum 2 mm PFA vegg við 120 gráður og 3 bör, gerir 0,5 m² hitari (venjuleg stærð fyrir 6 kW einingu) 0,4–1,25 grömm af HCl að ná málmkjarna á dag. Á eins árs samfelldri notkun (8.760 klukkustundir) safnast þetta upp í 150–450 grömm af HCl sem kemst í snertingu við Incoloy eða títan kjarna. Málmurinn bregst við og myndar málmklóríð, sem eru ekki-verndandi og losna og afhjúpa ferskan málm. Tæringarhraði Incoloy 825 í þurru HCl við 120 gráður er um það bil 0,5–1,5 mm á ári við HCl hlutþrýstinginn sem er til staðar á málmyfirborðinu (sem er lægri en magnþrýstingurinn vegna styrkskautunar). Hagnýt líftími hitara í samfelldri 120 gráðu, 3 bar HCl þjónustu með 2 mm PFA vegg er venjulega 6–18 mánuðir áður en málmkjarnan tærist nægilega til að valda opinni-rásarbilun eða jarðtengingu.
Four strategies extend life. First, use high-crystallinity PFA (annealed to >55% kristöllun), sem dregur úr gegndræpi um 30–50%. Í öðru lagi skaltu bæta við þunnu (0,1–0,2 mm) ETFE eða ECTFE innra lagi, sem hefur lægra HCl gegndræpi en PFA. Í þriðja lagi skaltu auka veggþykktina í 2,5–3,0 mm, þó að það dragi úr hitaflutningi um 20–30% og gæti þurft að draga úr wattaþéttleika. Í fjórða lagi, hreinsaðu hringlaga bilið milli málmkjarna og PFA með þurru köfnunarefni við vægan jákvæðan þrýsting (0,1–0,2 bör). Köfnunarefnisbakþrýstingurinn-dregur úr hlutþrýstingsmun sem knýr HCl gegndræpi og sópar burt öllum HCl sem gegnsýrir og kemur í veg fyrir snertingu við málm.
Ályktun: Búast má við 1–2 g/m²·dag fyrir staðlað PFA við 120 gráður /3 bör
Áætlaður gegndræpihraði þurrs HCl gass í gegnum 2 mm staðlaðan PFA vegg við 120 gráður og 3 bör er 0,8–2,5 g/m²·dag, með að meðaltali 1,6 g/m²·dag. Þessi hraði leiðir til tæringar á málmkjarna og bilunar í hitara innan 6–18 mánaða frá samfelldri notkun. Verkfræðingar sem tilgreina PFA-hitara fyrir há-hita-,-háþrýstings-HCl þjónustu verða annað hvort að sætta sig við þennan endingartíma, velja aukna hindrunarbyggingu (há-kristallaðan PFA eða fjöl-laga slíður), eða minnka rekstrarhitastig niður fyrir 100 gráður þar sem gegndræpi verður hverfandi. Fyrir alla HCl þjónustu yfir 100 gráður er reglubundið eftirlit með einangrun viðnáms (mánaðarlega) nauðsynlegt til að greina kjarnatæringu áður en jarðvegsbilun verður. Óskað skal eftir gegndræpisgögnum frá tilteknum hitaraframleiðanda, þar sem breytileiki í útpressunargæðum og hreinleika trjákvoða getur breytt gegndræpihraðanum um 2–3 milli birgja. Hitari sem er vottaður fyrir "HCl þjónustu" án magngreindra gegndræpsgagna við fyrirhugaðar notkunarskilyrði ætti að teljast óstaðfestur.
