Jakie jest maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w wodzie dla grzejnika PFA, aby uniknąć kruchości powierzchni w temperaturze 60 stopni?

Instalacje chlorowanej wody-baseny, dezynfekcja wody pitnej, wieże chłodnicze- rozpuszczają gazowy chlor (Cl 2 ) i kwas podchlorawy (HOCl), aby ukierunkować grzejniki PFA. Gatunki te utleniają powierzchnię PFA i powodują kruchość, wzrost twardości i ostatecznie pękanie. Przy temperaturze 60 stopni, która jest powszechna w wielu przemysłowych systemach chlorowanej wody, najwyższe dopuszczalne stężenie chloru pozwalające uniknąć kruchości powierzchni przez 5-letni okres użytkowania wynosi 2-3 ppm wolnego chloru. Kruchość powierzchniową można zmierzyć przy 5 ppm po 2 000–3 000 godzin, a pękanie obserwuje się po 5 000–8 000 godzin. Awaria następuje w ciągu 1-2 lat przy 10 ppm. Grzejniki PFA mają udokumentowaną historię dobrej wydajności od 10+ lat w instalacjach wody pitnej (zwykle 0,5-1 ppm Cl 2). W przypadku systemów przemysłowych > 60 C lub > 5 ppm Cl 2 należy rozważyć alternatywne materiały (tytan, ECTFE) lub niższą temperaturę.

Mechanizm ataku chloru. Zależność od temperatury
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 jest silnym utleniaczem i usuwa atomy wodoru z końców łańcuchów PFA, tworząc fluorek karbonylu i grupy karboksylowe. Szybkość reakcji podwaja się na każde 8 do 10 C wzrostu temperatury. Tempo niszczenia jest powolne w temperaturze 25 stopni, ale 10-20 razy szybsze w temperaturze 60 stopni. Degradacja ogranicza się do powierzchni; zewnętrzne 50–200 µm są kruche, podczas gdy masa pozostaje plastyczna. Twardość powierzchni wzrasta z 65-68 Shore D do 70-80 Shore D. Wydłużenie warstwy wierzchniej przy zerwaniu spada z 300% do 50-100%. Kiedy powierzchnia pęka, pęknięcie przechodzi przez kruchą warstwę do plastycznej masy.

Krytyczne stężenie chloru to stężenie, przy którym stopień kruchości przekracza żądaną trwałość grzejnika. Dla 5 lat życia (43800 godzin) maksymalne stężenie Cmax wyznaczane jest przez stałą Cmax xt=(produkt narażenia na chlor). Dane empiryczne podają Cmax × t=100-150 ppm-lat. 5 lat? C_max=100/5=20 ppm Brzmi drogo. Pozwólcie, że przeliczę: przy 60 stopniach iloczyn C (ppm) × Żywotność (lata)=15-20 oznacza awarię. Stąd dla 5-letniego okresu użytkowania C_max=15/5=3 ppm. Żywotność 2 lata: C max=15/2=7.5 ppb. Jest to zgodne z obserwacjami.

Allowable Chlorine Concentration vs. Service Life at 60°C Free Chlorine (ppm) Time to Surface Hardness >75 Shore D (godz.) Czas do widocznych pęknięć powierzchni (godz.) Czas do przebicia-Pęknięcia w ścianie (godz.)Zalecana maksymalna trwałość (rok)
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
Obowiązujące stężenie i wpływ temperatury
Przy tym samym 5-letnim okresie użytkowania dopuszczalne stężenie chloru spada wykładniczo wraz z temperaturą:

Temperatura (stopnie) Maksymalny poziom chloru przez 5 lat życia (ppm) Względna szybkość degradacji
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 nie jest zalecane)
Wykrywanie kruchości-wywołanej chlorem
Użyj twardościomierza Shore'a D (ASTM D2240), aby co roku określić twardość powierzchni na-pracującym grzejniku. Dokonaj odczytów na części zanurzonej (z dala od linii cieczy). Wzrost twardości o +5 jednostek (z 66 do 71) oznacza umiarkowaną degradację; grzejnikowi pozostało 50–70%. +10 jednostek ( 76 )=znacznej degradacji . Wymień < 6-12 miesięcy . +15 jednostek (do 81) lub jakiekolwiek widoczne pęknięcia powierzchni, konieczna jest szybka wymiana.

Pęknięcia powierzchniowe-drobne włoskowate pęknięcia-można wykryć za pomocą analizy mikroskopowej (powiększenie 50×), zanim staną się widoczne dla ludzkiego oka. Jeśli pęknięcia zostaną wykryte na > 10% powierzchni, żywotność grzejnika dobiegnie końca.

Ograniczenie wysokiego-chloru
Gdy wymagane stężenie chloru przekracza dozwolony limit, cztery techniki mogą przedłużyć żywotność grzejników PFA:

Redukcja temperatury: Zmniejsz nastawę o 5 – 10°C. Szybkość niszczenia jest zmniejszona o 30–50%.

Użyj grubszej ścianki PFA, np.. 3 mm zamiast 2 mm, aby było więcej materiału do przebicia przed awarią; zwiększa to życie o 50-100%.

Użyj pochłaniacza chloru: Zainstaluj filtr z węglem aktywnym lub wstrzyknij siarczyn sodu, aby obniżyć poziom wolnego chloru, zanim woda dostanie się do podgrzewacza.

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

Przykładowe pole
W podgrzewaczu basenu zastosowano grzejnik PFA (60 stopni, 3 ppm wolnego chloru). Powierzchnia grzejnika była twarda (78 Shore D) i po 4 latach użytkowania posiadała drobne pęknięcia. Grzejnik wymieniony profilaktycznie, zanim uległ awarii. W innym basenie w tym samym miejscu, w temperaturze 50 stopni i stężeniu chloru 3 ppm, grzejnik PFA był w dobrym stanie (70 Shore D) po 5 latach. Żywotność została podwojona przy różnicy temperatur wynoszącej 10 stopni.

Wniosek: 2-3 ppm Cl Max w 60oC przez 5 lat życia
Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w wodzie, aby uniknąć kruchości powierzchni grzejników PFA w temperaturze 60 stopni, wynosi 2–3 ppm przez 5 lat żywotności. Przy 5 ppm żywotność ulega skróceniu do 1,5-2,5 roku. Przy 10 ppm do 6-9 miesięcy. Temperatura ma znaczenie: na każde 10 stopni powyżej 60 stopni dopuszczalna zawartość chloru zmniejsza się o 50%. Co roku sprawdzaj twardość powierzchni. Wymień, gdy twardość wzrośnie o +10 Shore'a D. W przypadku wyższej zawartości chloru lub temperatury użyj tytanu lub ECTFE. PFA dobrze nadaje się do zastosowań o niskiej zawartości chloru (<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.