Цикл забруднення в кислотно-цинкових ваннах
Лінії кислотного цинкування мають головний біль універсального обслуговування: забруднення занурювальної котушки. Змійовики нагріву, як правило, з нержавіючої сталі, створюють твердий шар накипу, який поступово зменшує передачу тепла. Температура ванни починає знижуватися. Оператори збільшують тиск пари для компенсації. Згодом змійовик потрібно зняти для механічного чи хімічного видалення накипу.
Цикл повторюється кожні кілька місяців. Під час очищення втрачається час виробництва. Хімічні витрати накопичуються. Товщина стінки змійовика поступово зменшується внаслідок повторного видалення накипу кислотою. Основна проблема полягає не в самому утворенні накипу-осадження гідроксиду заліза та сульфату кальцію є хімічно неминучим у кислих цинкових електролітах-а радше в міцному прилипанні накипу до металевих поверхонь.
Хімія адгезії накипу
Ванни для кислотного цинкування працюють при рН 4,5-5,5 з розчиненим залізом від розчинення заготовки та кальцієм у жорсткій воді від затягування. Коли ванна старіє, двовалентне залізо окислюється до гідроксиду тривалентного заліза, який випадає в осад у вигляді драглистої твердої речовини. Сульфат кальцію досягає насичення і кристалізується на нагрітих поверхнях.
На змійовику з нержавіючої сталі за температури стінки 60-80 градусів ці осади легко зароджуються. Поверхня оксиду металу забезпечує високоенергетичні сайти для зародження кристалів. Сили Ван-дер-Ваальса та електростатичне притягання прив’язують частинки окалини до металу. Після прикріплення шар накипу стає товщі з кожним робочим циклом.
Хімічне видалення накипу за допомогою інгібованої соляної кислоти розчиняє накип, але також ушкоджує метал, що лежить в основі. Кожен цикл видалення накипу видаляє кілька мікрон нержавіючої сталі. Після багатьох років циклічного видалення накипу та видалення накипу, потоншення стінок досягає точки, коли заміна є обов’язковою.
Таблиця 1: Порівняння адгезії накипу на поверхнях теплообмінника в кислотно-цинковій ванні
| Матеріал поверхні | Поверхнева енергія (мН/м) | Міцність зчеплення з окалиною | Метод очищення | Частота очищення |
|---|---|---|---|---|
| SS 316L | 40-50 | Сильний | Кислотне видалення накипу | Кожні 8-12 тижнів |
| Титан | 35-45 | Помірний | Кислотне видалення накипу | Кожні 10-14 тижнів |
| PTFE | 18-20 | Дуже слабкий | Промити водою | 6-12 місяців |
Дані про поверхневу енергію з вимірювань контактного кута. Міцність зчеплення за результатами випробувань-поперечною стрічкою на масштабованих зразках.
Анти-адгезійний механізм PTFE
ПТФЕ має найнижчу поверхневу енергію з усіх інженерних твердих речовин. Краплі води з’являються вгору та скочуються, а не змочують поверхню. Опади,-утворюючі накип, стикаються з кількома-місцями зародження високої енергії.
Адгезія, яка зв’язує окалину з металом, залежить від механічного зчеплення з шорсткістю поверхні та хімічного зв’язку з оксидами металів. PTFE не представляє жодного. Поверхня фторполімеру є молекулярно гладкою в масштабі, що відповідає зародженню кристалів. Карбон-фторні зв’язки є хімічно насиченими, не створюючи реакційних центрів для зв’язування з гідроксидними або сульфатними осадами.
Накип, який утворюється на PTFE, нещільно прикріплений. Звичайне перемішування ванни через барботування повітря або циркуляцію розчину часто достатньо для видалення накипу, що утворюється, перш ніж він досягне теплоізоляційної товщини. Якщо врешті-решт знадобиться очищення, промивання водою або обережне витирання видаляє відкладення без хімікатів.
Експлуатаційний вплив зменшення забруднення
Стабільна теплопередача перетворюється безпосередньо на стабільний контроль температури ванни. Котушка PTFE зберігає своє проектне значення U-у межах вузького діапазону протягом місяців роботи. Операторам не потрібно поступово збільшувати тиск пари, щоб компенсувати ізоляцію накипу.
Хімічні засоби для видалення накипу виключаються з процедури технічного обслуговування. Це усуває витрати на купівлю хімікатів, утилізацію небезпечних відходів і ризик зараження працівників. Це також усуває поступове потоншення стінок, яке зрештою руйнує металеві котушки.
Поєднання стабільних теплових характеристик і мінімального очищення збільшує час безвідмовної роботи. Ванни залишаються на заданому рівні. Пропускна здатність залишається постійною. Робота з технічного обслуговування переорієнтована з реактивного очищення котушки на продуктивні завдання.
Польові дані з лінії цинкування стійки
Цех з цинкування стелажів замінив нагрівальні змійовики з нержавіючої сталі у двох 8000-літрових ваннах з кислотним цинкуванням на теплообмінники з ПТФЕ. Змійовики з нержавіючої сталі потребували видалення накипу в середньому кожні 10 тижнів, причому кожне очищення займало чотири години робочого часу та утворювало 200 літрів відпрацьованої кислоти.
Після 14 місяців експлуатації PTFE змійовики не потребували хімічного видалення накипу. Легкий поверхневий наліт гідроксиду заліза було стерто під час планової щорічної перевірки. Ефективність теплопередачі, виміряна споживанням пари в стабільному-режимі роботи, залишалася в межах 5% від-встановленого значення. Річна вартість технічного обслуговування одного бака зменшилася на 4800 доларів США.
Резюме
Забруднення змійовика в кислотно-цинковій ванні спричинено прилипанням окалини до високо{0}}енергетичних металевих поверхонь. Нержавіюча сталь і титан потребують частого видалення накипу кислотою, яка поступово пошкоджує змійовик. PTFE теплообмінники запобігають сильному прилипанню накипу через низьку поверхневу енергію та хімічну інертність.
Експлуатаційним результатом є стабільна теплопередача без прогресивного підвищення тиску пари, усунення хімічних засобів для видалення накипу та пов’язаних з ними витрат, а також подовжений час безвідмовної роботи. Змійовики з ПТФЕ в умовах кислотного цинкування працюють місяцями без значного забруднення, переводячи технічне обслуговування з реактивного циклу на передбачуваний графік перевірок.
Технічний аналіз для визначення розмірів теплообмінника з ПТФЕ у ваннах для цинкування доступний після надання об’єму резервуара, робочої температури, поточних характеристик змійовика та доступного тиску пари.
