The Dimensional Stability Challenge in Mixed Acid Service
Óblandaðar brennisteinssýrublöndur sem innihalda 85% til 98% H₂SO4 með viðbættri brennisteinssýru (oleum) við 10% til 30% frítt SO₃ eru notaðar í súlfonerunarhvörfum, litarefnaframleiðslu og sérefnafræðilegri myndun. Dýfahitarar í þessum árásargjarna miðlum verða að standast bæði efnaárás og víddarbreytingar frá sýruupptöku. Þensla af völdum bólgu- getur losað upphitarafestingar, skapað álagsstyrk og breytt úthreinsun í gegnum tanka. Magngreining á 4000 klukkustunda dýfingarprófunum sýnir að perflúoralkoxý (PFA) sýnir 0,8% til 1,2% af rúmmáli í 98% H2SO4 við 120 gráður í 98% H2SO4, en breytt PTFE (pólýtetraflúoróetýlen með perflúorprópýletýleni með perflúorprópýletramótandi 2% vínýleter, 5% vínýletrar, 5% vínýletrar). 2,5x til 3x meiri stærðarbreyting.
Bólga í flúorfjölliðum
Bólga á sér stað þegar sýrusameindir dreifast inn í myndlaus svæði flúorfjölliðunnar, þvinga fjölliðakeðjur í sundur og auka rúmmál. Þrotastig ræðst af formlausu broti og lausu rúmmáli sem er tiltækt til að komast í gegnum sýru. Breytt PTFE (oft kallað TFM eða PTFE-PPVE) hefur venjulega kristöllun á bilinu 55% til 65% og myndlaust brot 35% til 45%. PFA hefur kristöllun á bilinu 45% til 55% og myndlaust brot 45% til 55%. Þrátt fyrir hærra formlaust hlutfall sýnir PFA minni bólgu vegna þess að perflúoralkoxý hliðarkeðjurnar búa til þéttari formlaust net sem þolir keðjuskilnað. Kvik vélræn greining sýnir að möskvastærðin (meðalfjarlægð milli flækjupunkta) í PFA er 45 ångstram á móti 65 ångströmum í breyttu PTFE, sem takmarkar stærð sýruklasa sem komast í gegn og umfang keðjuskilnaðar.
Áhrif hitastigs og sýrustyrks
Þrotamunurinn á milli PFA og breytts PTFE eykst með hitastigi og sýrustyrk. Við 80 gráður í 96% H₂SO4 bólgnar PFA 0,4% miðað við rúmmál á meðan breytt PTFE bólgnar 1,2% (3x munur). Við 120 gráður í 98% H₂SO4 bólgnar PFA 1,0% á meðan breytt PTFE bólgnar 3,2% (3,2x munur). Við 140 gráður í 30% oleum (130% jafngildi H₂SO4), bólgnar PFA 1,8% á meðan breytt PTFE bólgnar 6,5% (3,6x munur). Hraðbólga breytts PTFE við háan hita og SO₃ styrk á sér stað vegna þess að línulegu, ógreinóttu PTFE keðjurnar geta runnið framhjá hvor annarri auðveldara þegar þær eru plastaðar af frásoginni sýru, en greinótt uppbygging PFA veitir meiri viðnám gegn keðjuskilnaði.
Afleiðingar víddarbreytinga fyrir uppsetningu hitara
2% til 3% bólgumunur á milli fjölliða þýðir verulegan hagnýtan mun. Fyrir hitara með 25 mm þvermál með 2,0 mm veggþykkt eykst ytri þvermál um 0,2 mm fyrir PFA (1% rúmmálsbólga) og 0,6 mm fyrir breytt PTFE (3% rúmmálsbólga). Aukin þvermálsaukning um 0,4 mm getur valdið bindingu í tankfestingum sem eru hönnuð með 1,0 mm geislalausn. Fyrir lengd hitari upp á 1200 mm bætir línuleg stækkun frá bólgu við 1,2 mm fyrir PFA og 4,2 mm fyrir breytt PTFE. Þessi viðbótarlengd getur þjappað endafestingum saman, sem leiðir til bilunar í innsigli eða sveiflukennslu á hitarasamstæðunni. Eftir 3000 klukkustundir af samfelldri notkun við 120 gráður í 96% H₂SO₄ sýna mælingar á vettvangi að breyttir PTFE hitarar þurftu að herða festingar aftur með 800 klukkustunda millibili, en PFA hitarar héldust innan upprunalegra togforskrifta allt prófunartímabilið.
Efnaþol og afturkræf bólgu
Þó breytt PTFE bólgni meira en PFA, er bólgan að mestu afturkræf þegar hún er fjarlægð úr sýru. Málmælingar eftir 3000-klst. ídýfingu fylgt eftir af 168-klst. þurrkun við 100 gráður sýna að breytt PTFE nær sér innan við 0,3% af upprunalegum málum, en PFA batnar innan við 0,1%. Hins vegar veldur það að bólga og þroti breytist meðan á tæmingu-þurrkar og fyllir á baðið skapar þreytuálag. Hröðunarprófanir (100 lotur af 24 klukkustunda dýfingu í 96% H₂SO₄ við 120 gráður og síðan 24 klukkustunda þurrkun) sýna að breytt PTFE myndar yfirborðs örsprungur eftir 60 lotur, en PFA helst sprungulaust eftir 100 lotur. Endurtekin víddarbreyting þreytir fjölliðuna á sameindastigi og dregur úr togstyrk um 25% í breyttu PTFE á móti 8% í PFA eftir 100 lotur.
Langtímasamanburður á bólgum eftir þjónustuástandi-
| Sýruþjónustuástand | PFA hljóðstyrkur stækkar eftir 3000 klst | Breytt PTFE rúmmál stækkar eftir 3000 klst | Hlutfall (PTFE/PFA) | Hagnýt vísbending |
|---|---|---|---|---|
| 96% H₂SO4, 80 gráður | 0.5% | 1.4% | 2.8x | PTFE krefst 2x tíðari aðlögunar |
| 98% H₂SO4, 100 gráður | 0.9% | 2.5% | 2.8x | PTFE getur bundist í þéttum geymum |
| 98% H₂SO4, 120 gráður | 1.2% | 3.5% | 2.9x | Ekki er mælt með PTFE fyrir > 1,0 mm úthreinsunarfestingar |
| 30% oleum (130% sýra), 100 gráður | 1.5% | 5.0% | 3.3x | Aðeins PFA hentugur fyrir oleum þjónustu |
| 20% SO₃, 80 gráður | 1.0% | 3.2% | 3.2x | PTFE krefst stórs tankopnunar fyrir uppsetningu |
Vélræn eignahald eftir bólgu
Vélrænar afleiðingar bólgu ná lengra en víddarbreytingar. Togstyrkur breytts PTFE eftir 3000 klukkustundir í 96% H₂SO4 við 120 gráður lækkar úr 25 MPa í 18 MPa (28% tap), en PFA lækkar úr 28 MPa í 24 MPa (14% tap). Lenging við brot fyrir breytt PTFE minnkar úr 300% í 180% (40% tap), en PFA minnkar úr 300% í 250% (17% tap). Stærra eignatap í breyttu PTFE stafar af sama sameindakerfi og bólgu: sýrusameindir sem komast í gegnum formlaus svæði trufla keðjuflækjur og minna flækt uppbygging breytts PTFE verður fyrir varanlegum skaða. Fyrir hitara sem verða fyrir titringi eða vélrænu höggi er togstyrkur sem haldið er eftir eftir bólgu mikilvægur. PFA viðheldur fullnægjandi vélrænni framlegð fyrir flestar uppsetningar, en breytt PTFE eftir 3000 klukkustundir nálgast lágmarksstyrkinn sem þarf fyrir áreiðanlegan stuðning.
Uppsetningarúthreinsun og festingarhönnunarbætur
Aðstaða sem kjósa breytt PTFE vegna lægri kostnaðar eða hærri kristalla verður að bæta upp fyrir meiri bólgu með hönnunarbreytingum. Geymirinn ætti að veita 2,5 mm til 3,0 mm geislalausn á móti 1,5 mm fyrir PFA. Festingar ættu að nota yfirstærðar hylki sem taka 0,5 mm til 0,8 mm þvermál aukningu án bindingar. Teygjuþéttingar (FKM eða FFKM) ættu að vera tilgreindar með meiri þjöppun (25% á móti . 15%) til að viðhalda þéttingarkrafti eftir slökun fjölliða eftir upphaflega bólgu. Fyrir endurnýjunaruppsetningar þar sem núverandi rými er fast, getur breytt PTFE verið óhagkvæmt. Reynsla á vettvangi sýnir að 40% tilrauna til endurbóta á breyttum PTFE í geyma sem upphaflega voru hönnuð fyrir PFA kröfðust breytinga á tankstútum innan 12 mánaða vegna bindingar af völdum bólgu-. Fyrir nýjar uppsetningar sem íhuga breytt PTFE, tilgreinið of stórar gegnumstærðir og innréttingar frá hönnunarstigi frekar en að reyna að endurbæta síðar.
Forskrift Leiðbeiningar um þétta brennisteinsþjónustu
Fyrir hitara í óblandaðri brennisteins- eða olíuþjónustu við hitastig yfir 100 gráður skal tilgreina PFA umfram breytt PTFE þegar víddarstöðugleiki er mikilvægur. 2,5x til 3x lægri þroti PFA tryggir áreiðanlega passun í venjulegum tankgengnum og útilokar þörfina á tíðum aðlögun. Fyrir þjónustu undir 80 gráðum þar sem bólgumunurinn er minni (2,8x við 80 gráður á móti . 2x við 40 gráður), getur breytt PTFE verið ásættanlegt með viðeigandi úthreinsunarheimildum. Þegar þú breytir núverandi geymum úr málmhitara yfir í flúorfjölliðu skaltu mæla raunverulega úthreinsun tanks áður en efni er valið. Úthreinsun undir 2,0 mm geislamynd krefst PFA óháð hitastigi. Fyrir forrit þar sem kostnaður er aðal og víddarstöðugleiki er aukaatriði, veitir breytt PTFE með yfirstærðum festingum fullnægjandi þjónustu á 15% til 25% lægri upphafskostnaði, en með 2x til 3x hærri viðhaldstíðni fyrir aðlögun. Óska eftir gögnum um bólgupróf frá birgjum við tiltekna sýrusamsetningu og hitastig, þar sem lítil breytileiki í fjölliðaflokki (td fylliefni, mólþungadreifing) getur breytt bólgu um ±30% innan sama efnisflokks. Fyrir 3000-stunda samfellda þjónustu, krefjast rúmmálsbólga undir 1,5% fyrir PFA og undir 3,0% fyrir breytt PTFE sem samþykkisviðmið. Þegar hitarar verða fyrir tíðum áfyllingarlotum veitir þreytuþol PFA lengri endingartíma, jafnvel þótt upphafleg bólgugildi virðist viðunandi fyrir bæði efnin.
