Проблем загађивања полимеризације у ВЦМ ребојлерима
Ребоилери са мономером винил хлорида раде на 60 степени до 90 степени уз континуирано излагање реактивном мономеру који се подвргава полимеризацији слободних радикала у бочном току на загрејаним површинама. Полимерне наслаге смањују пренос топлоте, повећавају пад притиска и стварају безбедносне опасности од неконтролисане егзотермности. Површинска енергија материјала грејача директно одређује колико дуго површина остаје чиста пре него што се језгра полимера приањају и расту. Упоредни подаци из 18 ВЦМ производних јединица показују да површине обложене ПФА- са 18 дина/цм површинске енергије продужавају време индукције за адхезију наслага за фактор од 6 до 10 у поређењу са необложеним површинама од нерђајућег челика или угљеничног челика.
Површинска енергија и термодинамика нуклеације полимера
Адхезија језгара винилхлоридног полимера на површину прати Јангову-Дупреову једначину, где рад адхезије В= _св + _лв - _сл. Нижа површинска енергија чврстог тела ( _св) смањује термодинамичку покретачку силу за таложење полимера. Угљенични челик без премаза показује површинску енергију од 45 до 55 дина/цм. Нерђајући челик мери 35 до 45 дина/цм у зависности од завршне обраде. ПФА, са критичним површинским напоном од 18 дина/цм, представља једну од најнижих енергетских чврстих површина доступних. Лабораторијски тестови запрљања коришћењем ВЦМ на 75 степени показују да језгра полимера пријањају на необложени нерђајући челик у року од 30 минута од излагања, са видљивим формирањем наслага након 2 сата. На ПФА површинама, исти тест не показује мерљиву адхезију након 6 сати, при чему се прва детектабилна језгра појављују након 8 до 10 сати. Продужено време индукције омогућава дуже дужине рада бојлера између циклуса чишћења.
Стопа раста депозита након индукције
Када се период индукције заврши и почетна полимерна језгра приањају, наредна брзина раста зависи и од површинске енергије. На необложеном угљеничном челику, дебљина наслага се повећава за 0,8 мм дневно под типичним условима ВЦМ ребоилер-а. За нерђајући челик типичне су стопе раста од 0,4 до 0,6 мм дневно. На површинама од ПФА, стопа раста након{6}}ине је 0,08 до 0,12 мм дневно, петоструко смањење у поређењу са нерђајућим челиком. Ниска површинска енергија спречава ширење прекурсора полимера по површини, ограничавајући раст на изолована острва која остају мала и лако се уклањају нормалним смицањем тока процеса. Електронска микроскопија ПФА површина након 14 дана излагања ВЦМ показује расуте полимерне нодуле пречника 50 до 100 микрона, док површине од нерђајућег челика под идентичним условима показују континуирани полимерни филм дебљине 800 микрона.
Површинска енергетска стабилност под ВЦМ сервисом
Површинска енергија од 18 дина/цм ПФА није трајно стабилна у вези са мономером винилхлорида јер апсорпција мономера у слој близу-површине може да промени својства површине. Мерење контактног угла на узорцима ПФА потопљеним у ВЦМ на 80 степени током 30 дана показују повећање површинске енергије са 18 на 23 дина/цм. До повећања долази због површинске преоријентације поларних крајњих група, а не од хемијске деградације. Упркос овом повећању, површина остаје знатно нижа у енергији од необложених метала, а практична корист за смањење запрљања и даље постоји. После 60 дана потапања, ПФА и даље показује 60% до 70% смањење адхезије наслага у поређењу са нерђајућим челиком. За ребоилере дизајниране за радну дужину од 12 месеци, предност ПФА остаје значајна током целе кампање.
Упоредни учинак прљања према врсти површине
| Површински материјал ребоилер-а | Површинска енергија (дина/цм) | Време индукције за адхезију депозита (сати на 75 степени) | Пост{0}}Стопа раста (мм/дан) | Процењена дужина рада пре чишћења (дана) |
|---|---|---|---|---|
| ПФА пресвучено | 18 до 23 | 8 до 10 | 0,08 до 0,12 | 45 до 60 |
| Електрополирани нерђајући челик (Ра 0,4µм) | 35 до 40 | 1,5 до 2,0 | 0,35 до 0,50 | 10 до 14 |
| Стандардни нерђајући челик (Ра 0,8µм) | 38 до 42 | 1.0 до 1.5 | 0,40 до 0,60 | 7 до 10 |
| Угљенични челик | 45 до 55 | 0,3 до 0,5 | 0,70 до 0,90 | 3 до 5 |
Хидродинамичка смична интеракција са малом површинском енергијом
Смањење загађивања од површинске енергије ПФА комбинује се са брзином протока да би се одредила стварна дужина рада котла. У ВЦМ ребојлерима где брзина{1}}бочне стране цеви премашује 1,5 м/с, смичући напон од 8 до 12 Па уклања слабо адхезивне полимерне нодуле пре него што нарасту до значајне дебљине, чак и након завршетка периода индукције. При малим брзинама испод 0,6 м/с, напон смицања од 2 до 4 Па не може да одвоји полимер од ПФА површина, и талог се на крају акумулира упркос ниској површинској енергији. Инжењери процеса који процењују ПФА премаз за ВЦМ ребоилере прво треба да потврде да минимална брзина прелази 0,8 м/с. За брзине испод овог прага, ПФА продужава дужину рада за 3× до 4× уместо за 6× до 10× која се види при већим протокима.
Интеракција дебљине зида и предности површинске енергије
Дебљина ПФА зида не утиче директно на површинску енергију, али дебљи зидови омогућавају агресивније механичко чишћење када се талог на крају створи. За ребоилере који су доступни за хидропјескарење, зидови од 2,5 мм ПФА издржавају чишћење воденим млазом од 3000 пси без оштећења, док зидови од 1,5 мм захтевају притисак испод 1500 пси да би спречили ерозију полимера. Интервал чишћења одређује захтев за дебљином зида. Објекти који планирају чишћење сваких 30 дана могу користити зидове од 1,8 мм. У објектима који се протежу на 60 дана између чишћења треба да наведе 2,2 мм до 2,5 мм да би се прилагодио дебљем слоју наслага који захтева агресивније уклањање.
Смернице за спецификације за ВЦМ ребоилер дизајн
Одабир ПФА премаза за превенцију бочне полимеризације захтева спецификацију и верификацију површинске енергије и минималну дебљину зида. Затражите мерења контактног угла од добављача коришћењем дејонизоване воде и дијодометана да бисте израчунали површинску енергију помоћу Овенс-Вендт методе, потврђујући вредност испод 22 дина/цм пре испоруке. За нову конструкцију бојлера, наведите ПФА премаз на свим влажним површинама, укључујући цевне плоче и главе канала, пошто се нуклеација полимера јавља првенствено на прелазима метала{4}}полимера. За апликације за накнадну уградњу где само површине грејача добијају ПФА, очекујте продужење дужине од 3× до 4×, а не пуних 6× до 10×, јер изложене металне површине на другим местима у бојлеру обезбеђују места нуклеације за полимер који се затим шири на грејач. Комбинација ПФА премаза плус оптимизација процеса (смањен улазак кисеоника, додатни инхибитор) обезбеђује најдуже поуздане дужине рада, са индустријским извештајима који прелазе 90 дана између чишћења за правилно дизајниране системе.
