Riziko tuhnutia v nádržiach Chrome
Elektrolyty na tvrdé chrómovanie obsahujú 250-400 g/l kyseliny chrómovej so síranovým katalyzátorom. Pri prevádzkových teplotách 50-60 stupňov roztok voľne tečie. Keď sa však kúpeľ počas odstávky ochladí, vyzrážajú sa kryštály kyseliny chrómovej. Tieto kryštály rastú na akomkoľvek dostupnom povrchu vrátane rúrok výmenníka tepla.
Rozstup rúrok určuje, či tieto kryštály tvoria izolované usadeniny alebo mostíky medzi susednými rúrkami. Premostenie vytvára pevné bariéry, ktoré blokujú tok roztoku. Keď sa nádrž znovu zahreje, premostené časti sa nemusia úplne rozpustiť a zanechajú pretrvávajúce prekážky, ktoré zhoršujú prenos tepla a vytvárajú stagnujúce zóny.
Tento jav je jedinečný pre roztoky s vysokými teplotami tuhnutia. Chrómový elektrolyt začne kryštalizovať pod 40 stupňov. Kúpele na pokovovanie niklom a zinkom, ktoré zostávajú v kvapaline takmer 0 stupňov, tento problém nepredstavujú. Konštruktér PTFE výmenníka tepla musí zohľadniť toto správanie špecifické pre chróm.
Interakcia hraničnej vrstvy medzi rúrkami
Každá trubica z PTFE vo výmenníku tepla vytvára tepelnú hraničnú vrstvu-zónu vyhrievaného roztoku obklopujúceho trubicu. Hrúbka hraničnej vrstvy závisí od priemeru trubice, rýchlosti tekutiny a teplotného rozdielu medzi stenou trubice a objemovým roztokom.
Keď sú rúrky blízko seba, hraničné vrstvy zo susedných rúrok sa spájajú. Zlúčená zóna má zníženú rýchlosť a vyššiu teplotu ako objemový roztok. Počas prevádzky je to výhodné: teplejšia zóna okolo rúrok znižuje tepelné straty z povrchu rúr.
Počas odstávky však zlúčená zóna funguje proti operátorovi. Keď teplota v objeme klesá, posledným riešením na ochladenie je hraničná vrstva okolo rúrok. Ak sú rúrky príliš blízko, celý objem zväzku rúrok zostáva nad teplotou tuhnutia dlhšie ako objemová nádrž. To oneskoruje úplné ochladenie a môže maskovať nedostatočné obnovenie teploty kúpeľa počas reštartu.
Tabuľka 1: Účinky rozmiestnenia rúrok na hraničnú vrstvu a správanie tuhnutia v chrómovom elektrolyte
| Stredová vzdialenosť rúrok (× OD) | Medzera medzi rúrkami (mm, pre 10 mm OD) | Interakcia hraničnej vrstvy | Premostenie rizika počas vypnutia | Obnovenie toku pri reštarte |
|---|---|---|---|---|
| 1.5× | 5 | Zlúčené (hrubá kombinovaná vrstva) | Vysoká (medzera kryštálového mostíka) | Slabé (pretrvávajúce blokovanie) |
| 2.0× | 10 | Čiastočné prekrytie | Mierne | Spravodlivé |
| 2.5× | 15 | Minimálne prekrytie | Nízka | Dobre |
| 3.0× | 20 | Nezávislé vrstvy | Veľmi nízka | Výborne |
Analýza pre 10 mm OD PTFE hadičky v chrómovom elektrolyte pri 55 stupňoch s miernym premiešavaním vzduchu. Teplota tuhnutia približne 38-40 stupňov.
Praktické odporúčania týkajúce sa rozstupov
Pre nádrže na tvrdé chrómovanie sa odporúča rozstup rúrok z PTFE 2,5-3,0-násobku vonkajšieho priemeru rúry. Tento rozstup udržiava počas prevádzky nezávislé hraničné vrstvy, umožňuje voľnú cirkuláciu roztoku medzi rúrkami a zabraňuje kryštalickému premosteniu počas ochladzovania.
Širší rozostup znižuje celkovú plochu povrchu, ktorá sa zmestí do daného objemu nádrže. Toto je kompromis-: menej rúrok na štvorcový meter podlahy nádrže výmenou za spoľahlivú prevádzku bez problémov s tuhnutím. Plochu povrchu možno obnoviť rozšírením stopy cievky alebo pridaním samostatných zväzkov rúrok v rôznych zónach nádrže.
Nádrže so spoľahlivými systémami udržiavania teploty, ktoré bránia ochladzovaniu pod 45 stupňov počas nečinnosti, môžu využívať užšie 2,0× rozostupy. Znížené riziko tuhnutia odôvodňuje vyššiu hustotu balenia. Nádrže v obchodoch s víkendovými odstávkami alebo nespoľahlivými dodávkami pary by mali využívať širší rozstup 3,0×.
PTFE povrchové efekty
Nízka povrchová energia PTFE poskytuje výhodu počas tuhnutia. Kryštály kyseliny chrómovej slabo priľnú k povrchu fluórpolyméru v porovnaní s kovom. Kryštály, ktoré sa vytvoria počas ochladzovania-, majú tendenciu odlupovať sa, keď sa kúpeľ ohrieva a obnovuje sa konvekcia. Anti-adhézna vlastnosť čiastočne znižuje riziko premostenia.
Tento povrchový efekt nevylučuje potrebu správneho rozostupu. Slabo priľnavé kryštály môžu stále premosťovať medzi tesne rozmiestnenými rúrkami, ak je medzera dostatočne malá. Ale kombinácia väčšieho rozstupu a antiadhézneho povrchu spôsobuje, že PTFE špirálky sú odolnejšie voči problémom tuhnutia ako ekvivalentné kovové špirálky.
Zhrnutie
Rozostup rúrok vo výmenníkoch tepla z PTFE pre chrómové elektrolyty musí zabrániť kryštalickému premosteniu počas ochladzovania kúpeľa-. Rozstup 2,5-3,0 násobku priemeru rúrok zachováva nezávislé hraničné vrstvy a zabraňuje tuhnutiu mostíkov medzi rúrkami.
Širší rozstup znižuje hustotu balenia, ale zaisťuje spoľahlivú prevádzku prostredníctvom cyklov spustenia-vypínania. Antiadhézny povrch PTFE čiastočne znižuje riziko premostenia. Nádrže s nepretržitým udržiavaním teploty môžu využívať užšie rozostupy.
Technická analýza rozstupov PTFE rúrok v špecifických geometriách chrómovaných nádrží je k dispozícii po predložení rozmerov nádrže, prevádzkovej teploty, histórie teplôt odstavenia, spôsobu miešania a aktuálnych údajov o konfigurácii cievky.
