Цех обробки металу витягнув занурювальний нагрівач PTFE з бака для лужного очищення після п’яти місяців експлуатації. Поверхня оболонки була покрита твердою склоподібною плівкою, яку не можна було видалити розведеною кислотою. Команді технічного обслуговування довелося використати зубило, щоб відірвати плівку, яка порізала PTFE у кількох місцях. Плівка не була звичайною окалиною карбонату кальцію. Це було силікатне скло, яке наплавилося на поверхню нагрівача.
Плівки з силікатного скла є одними з найбільш стійких відкладень, які можна знайти на занурювальних нагрівачах PTFE. Вони утворюються в лужних очисних ваннах, які містять силікат натрію, загальну добавку, яка використовується для буферизації, інгібування корозії та суспензії ґрунту. Силікат полімеризується на гарячих поверхнях, утворюючи -склоподібний шар, який хімічно зв’язується з PTFE.
Чому на гарячих поверхнях утворюються силікатні плівки
Силікат натрію являє собою суміш оксиду натрію і діоксиду кремнію. У розчині він існує у вигляді силікатних іонів. Коли розчин контактує з гарячою поверхнею, силікат полімеризується-силікатні іони з’єднуються разом, утворюючи довгі ланцюги та мережі. Полімеризація відбувається під впливом температури та випаровування води на гарячій поверхні.
Полімеризований силікат утворює плівку, яка є твердою, хімічно стійкою та щільно зв’язаною з поверхнею. Плівка зростає в міру збільшення силікатних відкладень. З часом він стає товщим і скляним-. На відміну від карбонатної окалини, яка прилипає механічним зчепленням, силікатні плівки хімічно з’єднуються з поверхнею PTFE.
| Силікатна концентрація | Температура ванни | Температура поверхні оболонки | Швидкість утворення плівки | Час до плівки 1 мм |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 градусів | 75 градусів | Низький | 6–12 місяців |
| 2–4% | 70 градусів | 85 градусів | Помірний | 3–6 місяців |
| 4–6% | 75 градусів | 95 градусів | Високий | 6–12 тижнів |
| >6% | 80 градусів | 105 градусів + | Дуже високий | 3–6 тижнів |
Швидкість утворення силікатної плівки як функція концентрації та температури оболонки
Чому силікатні плівки є більш шкідливими, ніж карбонатні накипи
Карбонатна накип відносно м'яка і пориста. Він прилипає за рахунок механічного зчеплення та слабких сил Ван-дер-Ваальса. Розведена кислота розчиняє його, і поверхня PTFE під нею зазвичай залишається недоторканою.
Силікатні плівки бувають різними. Вони тверді, щільні та хімічно зв’язані з PTFE. Силікатна мережа утворює ковалентні зв'язки з поверхнею полімеру. Плівка не розчиняється в кислоті. Потрібне лужне очищення або механічне видалення.
Механічне видалення-скребком, різанням або абразивним очищенням-пошкоджує PTFE та створює центри зародження для майбутнього утворення плівки. Пошкоджені ділянки більш сприйнятливі до силікатного склеювання, ніж оригінальна гладка поверхня.
Роль температури поверхні оболонки
Швидкість полімеризації силікатів зростає з температурою. Кожне збільшення на 10 градусів приблизно подвоює швидкість. Нагрівач, що працює при температурі поверхні 95 градусів, утворює силікатну плівку вдвічі швидше, ніж нагрівач при 85 градусах.
Температура поверхні залежить від щільності ват і умов потоку. Нагрівач, що працює на рівні 1,4 Вт/см² у ванні з помірним перемішуванням, може мати температуру поверхні на 15–20 градусів вище температури об’єму. Обігрівач із потужністю 0,9 Вт/см² може мати температуру поверхні лише на 10–12 градусів вище основної. Менша щільність ват знижує температуру поверхні та сповільнює утворення плівки.
Запобігання утворенню силікатної плівки
Найефективнішою профілактикою є зниження температури поверхні оболонки. Нижча щільність ват зберігає поверхню холоднішою та сповільнює швидкість полімеризації. Нагрівач, що працює на 0,9 Вт/см², може зайняти вдвічі більше часу, щоб сформувати плівку 1 мм, ніж нагрівач з 1,4 Вт/см².
Полірована поверхня знижує міцність зчеплення силікатної плівки. Гладка поверхня забезпечує менше місць зародження та менше механічного зчеплення. Поліровані поверхні подовжують інтервал очищення на 30–50% порівняно зі стандартними поверхнями.
Регулярне чищення видаляє плівку до того, як вона стане товстою та міцною. Тонку плівку легше видалити, ніж товсту. Інтервал очищення повинен ґрунтуватися на результатах перевірок, а не на фіксованому календарі.
| Захід профілактики | Вплив на формування плівки | Реалізація |
|---|---|---|
| Менша щільність ват, 0,9 Вт/см² | Більш повільна полімеризація | Конструкція обігрівача |
| Полірована поверхня | Знижена адгезія | Оздоблення утеплювачем |
| Регулярне прибирання | Запобігає утворенню товстої плівки | Графік технічного обслуговування |
| Знижена концентрація силікатів | Нижча швидкість осадження | Хімічний контроль ванни |
Заходи профілактики утворення силікатної плівки в лужних очисниках
Очищення силікатних плівок без пошкодження нагрівача
Силікатні плівки не розчиняються в кислоті. Вони потребують лужного очищення або механічного видалення.
Лужний миючий розчин-зазвичай 5–10% гідроксиду натрію при 50–60 градусах -може пом’якшити силікатну плівку та дозволити її зняти. Миючий розчин слід циркулювати або перемішувати, щоб підтримувати контакт із плівкою. Обігрівач слід оглянути після очищення, щоб переконатися, що плівка видалена.
Механічне видалення має бути крайнім засобом. Якщо необхідно механічне видалення, використовуйте пластиковий скребок або м’яку щітку. Не використовуйте дротяні щітки, металеві скребки або абразивні подушечки, які можуть пошкодити PTFE.
Коли силікатна плівка вказує на проблему специфікації
Нагрівач, на якому утворюється товста силікатна плівка, незважаючи на регулярне чищення, свідчить про те, що нагрівач працює з потужністю ват, яка є занадто високою для хімії ванни. Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з ПТФЕ з меншою щільністю ват, полірованою поверхнею та більшою площею поверхні усуває першопричину відкладення силікату. Процес специфікації вимагає хімічного складу ванни, концентрації силікату, робочої температури та необхідної потужності. Для об’єктів із силікатними-вмісними лужними очисниками цей-спеціальний підхід зменшує утворення плівки та подовжує термін служби нагрівача.
