Каква е максимално допустимата концентрация на хлор във вода за PFA нагревател, за да се избегне крехкост на повърхността при 60 градуса?

Системи за хлорирана вода-басейни, дезинфекция на питейна вода, охладителни кули- разтварят хлорен газ (Cl 2 ) и хипохлорна киселина (HOCl) за насочване към PFA нагреватели. Тези видове окисляват повърхността на PFA и предизвикват крехкост, увеличаване на твърдостта и в крайна сметка счупване. При 60 градуса, което е често срещано в много промишлени системи за хлорирана вода, най-високата разрешена концентрация на хлор за избягване на крехкост на повърхността за 5-годишен експлоатационен живот е 2-3 ppm свободен хлор. Повърхностната крехкост може да се измери при 5 ppm при 2000–3000 часа, а напукване се наблюдава при 5000–8000 часа. Повредата се случва след 1-2 години при 10 ppm. PFA нагревателите имат доказан опит в добра производителност за 10+ години в системи за питейна вода (обикновено 0,5-1 ppm Cl 2). За индустриални системи > 60 C или > 5 ppm Cl 2, проучете алтернативни материали (титан, ECTFE) или по-ниска температура.

Механизъм на атака от хлор. Зависимост от температурата
In water, chlorine occurs in an equilibrium: Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + H⁺ + Cl⁻. Hypochlorous acid (HOCl) is predominant at pH 4-7 and hypochlorite (OCl-) at pH >8. HOCl е мощен окислител и премахва водородните атоми от краищата на PFA веригата, за да генерира карбонил флуорид и карбоксилни групи. Скоростта на реакцията се удвоява за всяко повишаване на температурата с 8 до 10 C. Скоростта на влошаване е бавна при 25 градуса, но 10-20 пъти по-бърза при 60 градуса. Разграждането е ограничено до повърхността; външните 50–200 µm стават крехки, докато обемът остава пластичен. Твърдостта на повърхността се повишава от 65-68 Shore D до 70-80 Shore D. Удължението на повърхностния слой при скъсване намалява от 300% на 50-100%. Когато повърхността се напука, счупването преминава през крехкия слой в пластичния обем.

Критичната концентрация на хлор е концентрацията, при която степента на крехкост надвишава желания живот на нагревателя. За 5 години живот (43800 часа), максималната концентрация C max се намира чрез C max xt=константа (продукт на излагане на хлор). Емпиричните данни дават C max × t=100-150 ppm-години. 5 години? C_max=100/5=20 ppm Звучи скъпо. Нека преизчисля: При 60 градуса произведението C (ppm) × Живот (години)=15-20 за повреда. Следователно за 5-годишния живот C_max=15/5=3 ppm. Живот 2 години: C max=15/2=7.5 ppb. Това е в съответствие с наблюденията.

Allowable Chlorine Concentration vs. Service Life at 60°C Free Chlorine (ppm) Time to Surface Hardness >75 Shore D (часове) Време до видимо повърхностно напукване (часове) Време до -пукнатина в стената (часове) Максимален препоръчителен живот (години)
0 (control) >50,000 >50,000 >50,000 10+ 0.5 >50,000 >50,000 >50,000 10+ 1.0 35,000-50,000 >50,000 >50,000 8-10 2.0 20,000-30,000 35,000-50,000 45,000-60,000 5-8 3.0 12,000-18,000 20,000-30,000 30,000-40,000 3-5 5.0 6,000-10,000 10,000-15,000 15,000-20,000 1.5-2.5 7.0 3,000-5,000 5,000-8,000 8,000-12,000 1-1.5 10.0 1,500-2,500 2,500-4,000 4,000-6,000 0.5-0.75
15.0 800–1,200 1,200–2,000 2,000–3,000 0.25–0.35
20.0 400–700 700–1,200 1,200–2,000 0.15–0.25
Приложима концентрация и температурен ефект
За същата цел от 5 години живот разрешената концентрация на хлор пада експоненциално с температурата:

Температура (градуси) Максимален хлор за 5-годишен живот (ppm) Относителна скорост на разграждане
30 8-12 1.0 x 40 5-7 1.5-2.0 x 50 3-4 3-4 x 60 2-3 8-12 x 70 1-1.5 20-30 x 80 0.5-0.8 50-80 x (PFA не се препоръчва)
Откриване-на крехкост, предизвикана от хлор
Използвайте твърдомер по Shore D (ASTM D2240), за да определяте твърдостта на повърхността всяка година на работещ-нагревател. Вземете показания на потопената част (далече от линията за течност). Повишаване на твърдостта с +5 единици (от 66 на 71) означава умерено влошаване; на нагревателя остават 50–70% от живота. +10 единици ( 76 )=значително влошаване. Сменете < 6-12 месеца . +15 единици (до 81) или всякакви повърхностни пукнатини, които са очевидни, необходима е бърза подмяна.

Повърхностни пукнатини-фини космени пукнатини-могат да бъдат открити чрез микроскопски анализ (50× увеличение), преди да се видят за човешкото око. Ако се открие пукнатина над > 10% от повърхността, нагревателят е в края на живота си.

Обслужване с високо-намаляване на хлора
Когато необходимата концентрация на хлор надвишава допустимата граница, четири техники могат да удължат живота на PFA нагревателите:

Намаляване на температурата: Намалете зададената точка с 5 – 10ºC. Степента на влошаване се намалява с 30–50 %.

Използвайте по-дебела PFA стена, напр. . 3 mm вместо 2 mm, така че има повече материал за пробиване преди повреда; това увеличава живота с 50-100%.

Използвайте уловител на хлор: Инсталирайте филтър с активен въглен или инжектирайте натриев сулфит, за да намалите нивата на свободния хлор, преди водата да влезе в нагревателя.

Switch material: Titanium (passivates in chlorinated water) or ECTFE (Halar) are more resistant to chlorine than PFA and are suitable for >5 ppm хлор при 60 градуса.

Примерно поле
PFA нагревател беше използван в нагревателя на басейна (60 градуса, 3 ppm свободен хлор). Повърхността на нагревателя беше твърда (78 Shore D) и имаше малки пукнатини след 4 години употреба. Нагревателя е сменен превантивно, преди да излезе от строя. Друг басейн на същото място при 50 градуса, 3 ppm хлор имаше PFA нагревател, който беше в добро състояние (70 Shore D) след 5 години. Животът беше удвоен от 10 градуса температурна разлика.

Заключение: 2-3 ppm Cl Max при 60oC за 5 години живот
Максимално разрешената концентрация на хлор във вода, за да се избегне крехкост на повърхността на PFA нагреватели при 60 градуса, е 2–3 ppm за 5 години експлоатационен живот. При 5 ppm животът се намалява до 1,5-2,5 години. При 10 ppm до 6-9 месеца. Температурата има значение: за всеки 10 градуса над 60 градуса, допустимото съдържание на хлор се намалява с 50%. Проверявайте твърдостта на повърхността всяка година. Сменете, когато твърдостта се увеличи с +10 Shore D. Ако съдържанието на хлор или температурата е по-високо, използвайте титан или ECTFE. PFA е много подходящ за ниско съдържание на хлор (<2 ppm) and moderate temperature (<50°C) service. Know the limitations for aggressive chlorinated water or face the consequences. Measuring chlorine. Controlling temperature. Extending life. The life of the heater.