Какъв е ефектът от разтворения във водата хлорен газ върху твърдостта на повърхността на PFA нагревателя след 1000 часа?

Във водата хлорният газ (Cl₂) е много мощен окислител и се използва в много системи за дезинфекция, плувни басейни и общински пречиствателни станции. С течение на времето хлорът ще унищожи PFA повърхностите. При нормални количества (1-10 ppm) разтвореният хлорен газ предизвиква прогресивна промяна на повърхността, докато хипохлоритните разтвори (белина) причиняват бързо разграждане. Твърдостта на повърхността на PFA се повишава с 5-10 Shore D единици (65-68 до 70-75) след 1000 часа непрекъсната експозиция при 40 градуса (средна температура на басейна) с 5 ppm разтворен Cl 2 . Повърхността става по-крехка, удължението при скъсване намалява от 300% до 150-200%. Увеличаването на твърдостта е ограничено до външния слой от 50–150 µm, насипният материал остава непроменен. Действието се ускорява при по-високи температури (60 до 80 градуса) или по-високи концентрации на хлор (20 до 50 ppm) и повърхностното напукване може да настъпи в рамките на 500 часа.

Механизъм на PFA хлорна атака
Във водата разтвореният хлорен газ се хидролизира, за да се създаде хипохлорна киселина (HOCl) и солна киселина (HCl). Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. „HOCl и HCl са враждебни. HOCl е силен окислител, който извлича водородни атоми от краищата на PFA веригата (въпреки че PFA има относително малко водороди, има някои остатъчни -CF2H крайни групи). Флуорът се заменя с кислород, образувайки карбонил флуорид (-COF) и карбоксил (-COOH) групи. Тези полярни групи увеличават повърхностната енергия (от 18-20 mN/m до 25-35 mN/m), което парадоксално води до намаляване на контактния ъгъл на водата и следователно може да подобри омокряемостта. По-важното е, че окисленият повърхностен слой се омрежва и втвърдява. Увеличаването на твърдостта е свързано с повишаване на кристалността на повърхностния слой (от 45% на 55–60%), тъй като аморфните области са преференциално насочени и реорганизирани.

Тази реакция зависи от температурата. 25 градуса. След 1000 часа при 5 ppm Cl2 твърдостта се увеличава с 2–4 Shore D единици. При 40 градуса е 5–10 единици. При 60 градуса е 10-15 единици. Образуват се повърхностни микропукнатини. PFA в 5 ppm хлорна вода при 80 градуса се проваля след 200-500 часа поради силно повърхностно напукване и крехкост. Следователно PFA нагревателите в системите за дезинфекция с хлор трябва да се използват под 50 градуса.

Промяна в повърхностната твърдост след 1000 часа
Температура (градус) Концентрация на хлор (ppm) Твърдост, първоначална (Shore D) Твърдост след 1000 часа (Shore D) Увеличение (Shore D) Външен вид на повърхността Удължение при скъсване Задържане (%)
0 (контрола) 40 66 66 0 Гладко, лъскаво 100% 1 40 66 68-69 2-3 Леко матово 90-95% 5 40 66 70-73 4-7 Матово, леко грапаво 70-80%
10 40 66 72-75 6-9 Матова, забележима микро-грапавост 60-70%
5 25 66 68–70 2–4 Леко затъпяване 85–90% 5 50 66 72–76 6–10 Тъпи, фини напуквания 65–75% 5 60 66 75–80 9–14 Микропукнатини, видими при 10× 40–60%
5 80 66 N/A (неуспешно) N/A Повърхностно напукване, крехкост<20% 20 40 66 74-78 8-12 Crazing, white surface layer 50-65% 50 40 66 78-82 12-16 Cracking, surface powdering 30-50%
Практически изводи за работата на нагревателя
За нагревателите за плувни басейни (25-30 градуса, 1-5 ppm Cl2), увеличението на твърдостта след 1000 часа е малко (2-5 Shore D). Нагревателят все още работи и крехкостта на повърхността не предизвиква напукване по време на нормален топлинен цикъл (ΔT=10-20 степен). Продължителността на живота е 5-10 години. За общински системи за пречистване на вода с температури от 40–50 градуса, увеличението на твърдостта е значително (5–10 Shore D). Повърхността на нагревателя става матова и губи своята еластичност. След 2-3 години термичен цикъл (ежедневно включване/изключване) могат да се появят фини повърхностни фрактури. Препоръчва се смяна на 3-5 години.

PFA не се препоръчва за промишлена дезинфекция на хлор при високи температури (50-80 градуса), независимо от концентрацията. Комбинацията от висока температура и хлор води до бързо влошаване на повърхността и напукване и в крайна сметка до проникване в металната сърцевина. Други материали за високотемпературно обслужване с хлор са титан (пасивира в хлорирана вода) или ECTFE (Halar), който е по-добър от PFA по отношение на устойчивостта на хлор.

Оценка на състоянието Тестване на твърдостта на повърхността
За PFA нагреватели при работа с хлор, годишното изпитване на повърхностната твърдост оценява оставащия живот. Използвайте преносим дюрометър Shore D (ASTM D2240). Измерете на три позиции (отдолу, в средата, отгоре) на частта, която е потопена. Ако твърдостта се е увеличила с 5-10 единици спрямо първоначалната стойност (66-68), това е индикация за умерено влошаване. На нагревателя вероятно ще му останат 2-3 години. Повишаването на твърдостта с 10–15 единици е показателно за значително влошаване и подмяната трябва да се извърши в рамките на 12 месеца. Ако твърдостта се увеличи с повече от 15 единици или ако се появи видимо повърхностно напукване, е необходима подмяна. Връзката между оставащия живот и увеличаването на твърдостта е емпирична. Въпреки това, той е надежден за повреден от хлор PFA.

Ако нагревателите вече показват увеличение на твърдостта, намалете работната температура, ако е възможно. Скоростта на разграждане намалява наполовина при всяко понижаване с 5 градуса (поведение на Арениус). Нагревател при 50 градуса, с 10-единично увеличение на твърдостта, слизайки до 40 градуса, удвоява оставащия живот до 4 години.

Заключения: Твърдостта се повишава с 5–10 единици след 1000 часа при 40 градуса /5ppm Cl2
The surface hardness of PFA heater increased by 5–10 Shore D units (from 66–68 to 70–75) after exposure to dissolved chlorine gas (5 ppm) in water at 40°C for 1,000 hours. The surface was embrittled, the elongation at break decreased from 300 % to 70-80 %. The degradation is confined to the outer 50–150 ?m layer and does not cause immediate failure, but it weakens the resistance of the heater to thermal cycling and mechanical stress. For normal pool and municipal water disinfection (25 to 40 deg C, 1 to 5 ppm), PFA heaters have adequate 5-10 year life. PFA is not recommended for industrial usage above 50°C. Annual tests of Shore D hardness offer an easy, non-destructive way to measure degradation and forecast replacement dates. Replacement of heater required if hardness increases >15 единици или видимо повърхностно напукване. Как да следим твърдостта, да поддържаме температура и да сменим, преди да се повреди Хлорът и високата температура са врагове на PFA. Управлявайте и двете и вашият нагревател ще оцелее.