Metāla apdares iekārtai, kurā darbojas hromskābes anodēšanas līnija 55 grādos, ir nepieciešams nomainīt neveiksmīgo iegremdējamo sildītāju. Tehniskās apkopes komandai bija divas iespējas: sildītājs ar PTFE-apvalku un PVDF-apvalku sildītājs. Abi tika novērtēti pēc temperatūras un ķīmijas. PVDF opcija bija lētāka. PTFE opcijai bija ilgāka pieredze līdzīgās instalācijās. Lēmums tika pieņemts, pamatojoties uz salīdzinājumu, kas bieži tiek vienkāršots kā "PTFE ir labāks" vai "PVDF ir lētāks".
PTFE un PVDF ir fluorpolimēri ar izcilu ķīmisko izturību. Abi ir izturīgi pret hromskābi tipiskās anodēšanas koncentrācijās un temperatūrās. Bet tie atšķiras pēc termiskajām īpašībām, mehāniskās izturības, caurlaidības pretestības un izmaksām. Hromskābes apkalpošanā šīs atšķirības nosaka, kurš materiāls nodrošina zemākas kopējās īpašumtiesību izmaksas.
Ķīmiskā izturība hromskābē
Hromskābe ir spēcīgs oksidētājs. Gan PTFE, gan PVDF ir izturīgi pret oksidēšanu tādā koncentrācijā un temperatūrā, kas tiek izmantota anodēšanai -parasti 5–10% CrO₃ 40–60 grādu temperatūrā. Normālos darbības apstākļos neviens materiāls netiek uzbrukts.
Atšķirība parādās augstākā temperatūrā vai koncentrācijā. PTFE saglabā ķīmisko izturību līdz 260 grādiem. PVDF sāk mīkstināt un noārdīties virs 150 grādiem, un tā ķīmiskā izturība samazinās virs 120 grādiem. Izmantojot hromskābi 55 grādu temperatūrā, abi materiāli atrodas to drošajā diapazonā, bet PTFE nodrošina lielāku rezervi, ja procesa temperatūra svārstās vai notiek lokāla pārkaršana.
| Materiāls | Nepārtrauktas apkalpošanas temp | Maksimālā temperatūra hromskābē | Oksidācijas izturība | Izturība pret caurlaidību |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 260 grādi | 200 grādi + | Lieliski | Lieliski |
| PVDF | 150 grādi | 120 grādi | Labi | Mērens |
| FEP | 200 grādi | 150 grādi | Ļoti labi | Labi |
| PFA | 260 grādi | 200 grādi + | Lieliski | Lieliski |
Ķīmiskās un termiskās robežas fluorpolimēru apvalku materiāliem hromskābes lietošanā
Siltumvadītspēja un vatu blīvums
PVDF siltumvadītspēja ir aptuveni 0,20 W/m·K, kas ir nedaudz zemāka nekā PTFE 0,25 W/m·K. Tas nozīmē, ka PVDF ir nepieciešams mazāks vatu blīvums tai pašai apvalka temperatūrai vai lielāks virsmas laukums tai pašai jaudai.
Praksē atšķirība ir neliela. PVDF sildītājam var būt nepieciešams par 10–15% lielāks virsmas laukums nekā PTFE sildītājam tādam pašam darbam ar tādu pašu apvalka temperatūru. Tvertnēs ar ierobežotu vietu šai atšķirībai var būt nozīme. Tvertnēs ar pietiekamu telpu tas nav noteicošais faktors.
| Materiāls | Siltumvadītspēja | Drošs vatu blīvums hromskābē | Virsmas laukums 5 kW | Relatīvā pēda |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Pamatlīnija |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 1,0–1,3 W/cm² | 3800–5000 cm² | 10–20% lielāks |
| FEP | 0.24 W/m·K | 1,2–1,4 W/cm² | 3500–4200 cm² | Līdzīgi |
| PFA | 0.26 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Līdzīgi |
Siltumvadītspējas un virsmas laukuma prasības fluorpolimēru apvalkiem hromskābē
Mehāniskā izturība un izturība
PTFE ir mīksts polimērs. Tas ir pakļauts aukstai plūsmai zem spiedes slodzes, tāpēc atloku savienojumiem ir nepieciešami mehāniski bloķējumi vai bieža atkārtota pievilkšana. PVDF ir cietāks un stingrāks nekā PTFE. Tas labāk pretojas aukstuma plūsmai un saglabā formu zem slodzes.
Hromskābes anodēšanā, kur statīvi un sagataves var saskarties ar sildītāju iekraušanas un izkraušanas laikā, PVDF lielāka cietība nodrošina labāku izturību pret mehāniskiem bojājumiem. PTFE rievas var izveidot kodolu veidošanās vietu nogulsnēšanai un ceļu ķīmiskai caurlaidībai. Tāda pati ietekme uz PVDF var atstāt tikai virsmas nospiedumu.
PVDF ir arī izturīgāks pret nodilumu nekā PTFE. Tvertnēs ar suspendētām cietvielām vai biežu tīrīšanu PVDF ilgāk saglabā virsmas apdari. Gluda virsma iztur katlakmens saķeri un ir vieglāk tīrāma.
| Mehāniskais īpašums | PTFE | PVDF | Priekšrocība |
|---|---|---|---|
| Cietība (Šors D) | 50–60 | 70–80 | PVDF |
| Stiepes izturība | 20–30 MPa | 40–55 MPa | PVDF |
| Aukstās plūsmas pretestība | Nabaga | Labi | PVDF |
| Nodilumizturība | Mērens | Labi | PVDF |
| Triecienizturība | Mērens | Vidēji – labi | PVDF |
PTFE un PVDF sildītāju apvalku mehānisko īpašību salīdzinājums
Caurlaidība un kalpošanas laiks
Caurlaidība ir ķīmisko vielu lēna difūzija caur polimēra apvalku. Izmantojot hromskābi, caurlaidība ļauj hroma joniem un mitrumam sasniegt MgO izolāciju, samazinot izolācijas pretestību un galu galā izraisot atteici.
PTFE ir labāka caurlaidības pretestība nekā PVDF, īpaši paaugstinātā temperatūrā. Fluorogļūdeņraža ķēdes PTFE ir ciešāk iesaiņotas un mazāk mobilas nekā ķēdes PVDF, kas satur ūdeņraža atomus, kas rada atstarpes polimēra struktūrā. Hromskābē 55 grādu temperatūrā PTFE apvalkam var būt nepieciešams divreiz ilgāks laiks nekā PVDF apvalkam, lai sasniegtu tādu pašu caurlaidības līmeni.
Praktiskās sekas ir kalpošanas laiks. PVDF sildītājs hromskābes ekspluatācijā var kalpot 2–3 gadus. PTFE sildītājs tajā pašā servisā var kalpot 4–6 gadus. PTFE ilgāks kalpošanas laiks kompensē tā augstāko pirkuma cenu visā iekārtas ekspluatācijas laikā.
| Materiāls | Laiks līdz izolācijas pretestībai<50 MΩ | Paredzamais kalpošanas laiks hromskābē | Relatīvais caurlaidības līmenis |
|---|---|---|---|
| PTFE | 24-48 mēneši | 4-6 gadi | 1× |
| PVDF | 12-24 mēneši | 2-3 gadi | 2–3× |
| FEP | 18-36 mēneši | 3-4 gadi | 1.5–2× |
| PFA | 24-48 mēneši | 4-6 gadi | 1× |
Fluoropolimēru apvalku caurlaidības pakāpe un kalpošanas laiks hromskābē 55 grādu temperatūrā
Izmaksu salīdzinājums laika gaitā
PVDF sildītāji parasti maksā par 20–30% mazāk nekā PTFE sildītāji ar līdzīgu jaudu un konfigurāciju. Zemas-temperatūras, vieglas-ķīmijas pielietojumā, kur abi materiāli kalpo vienlīdz ilgi, PVDF ir ekonomiska izvēle.
Hromskābes servisā īsāks PVDF kalpošanas laiks kompensē tā zemāko pirkuma cenu. Desmit -gadu periodā PVDF sildītājam var būt nepieciešamas 3–5 nomaiņas, savukārt PTFE sildītājam — 2. Katras nomaiņas darbs un dīkstāves palielina izmaksu starpību.
| Materiāls | Pirkuma cena | Kalpošanas laiks | 10 gadu nomaiņas | 10 gadu kopējās izmaksas |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | Pamatlīnija | 4-6 gadi | 2 | 2× pirkuma cena |
| PVDF | 0,7–0,8 × bāzes līnija | 2-3 gadi | 3–5 | 2,1–4,0 × bāzes līnija |
| FEP | 0,8–0,9 × bāzes līnija | 3-4 gadi | 2–3 | 1,6–2,7 × bāzes līnija |
| PFA | 1,1–1,3 × bāzes līnija | 4-6 gadi | 2 | 2,2–2,6 × bāzes līnija |
Fluoropolimēru sildītāju apvalku izmaksu salīdzinājums desmit{0}}gadu periodā hromskābes apkalpošanā
Kad PVDF ir labāka izvēle
PVDF ir labāka izvēle, ja hromskābes koncentrācija ir zema, temperatūra ir mērena un tvertnē ir ierobežota vieta, kas dod priekšroku kompaktākam sildītājam. Tas ir piemērots arī lietojumiem, kur mehāniskā izturība ir svarīgāka par caurlaidības izturību-, piemēram, tvertnēm ar biežu iekraušanu un izkraušanu, kas var saskarties ar sildītāju.
PVDF nav piemērots izmantošanai augstā -temperatūras hromskābē, vannām, kuru temperatūra var pārsniegt 80 grādus, vai lietojumiem, kur sildītājam bez nomaiņas jākalpo ilgāk par trim gadiem.
Kad PTFE ir labāka izvēle
PTFE ir labāka izvēle lielākajai daļai hromskābes anodēšanas lietojumu. Tā augstāka caurlaidības pretestība, plašāka temperatūras robeža un ilgāks kalpošanas laiks attaisno augstāku pirkuma cenu. Tvertnēs, kurās sildītāja nomaiņa rada traucējumus-lielās tvertnēs, kritiskās ražošanas līnijās vai grūti--pieejamām iekārtām-, PTFE ilgāks kalpošanas laiks ir būtiska priekšrocība.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar zemu vatu blīvumu, lielu virsmu un noslēgtiem spaiļu korpusiem vēl vairāk pagarina kalpošanas laiku. Specifikācijas procesam ir nepieciešama hromskābes koncentrācija, darba temperatūra, tvertnes izmēri un nepieciešamā jauda. Iekārtām, kurās darbojas hromskābes anodēšanas līnijas, šī lietojumprogrammas-pieeja nodrošina uzticamu pakalpojumu, ja PVDF var nebūt.
