Mikä on veteen liuenneen kloorikaasun vaikutus PFA-lämmittimen pinnan kovuuteen 1000 tunnin jälkeen?

Vedessä kloorikaasu (Cl2) on erittäin voimakas hapettava aine, ja sitä käytetään monissa desinfiointijärjestelmissä, uima-altaissa ja kunnallisissa vedenkäsittelylaitoksissa. Ajan myötä kloori tuhoaa PFA-pinnat. Normaaleina määrinä (1-10 ppm) liuennut kloorikaasu aiheuttaa progressiivisia pintamuutoksia, kun taas hypokloriittiliuokset (valkaisuaine) aiheuttavat nopeaa hajoamista. PFA-pinnan kovuus nousee 5-10 Shore D -yksikköä (65-68 - 70-75) 1000 tunnin jatkuvan altistuksen jälkeen 40 asteessa (altaan keskilämpötila) 5 ppm liuenneen Cl:n kanssa 2 . Pinta muuttuu hauraammaksi, murtovenymä pienenee 300 %:sta 10-20 %:iin. Kovuuden kasvu rajoittuu 50–150 µm:n ulkokerrokseen, bulkkimateriaali pysyy ennallaan. Vaikutus kiihtyy korkeammissa lämpötiloissa (60 - 80 astetta) tai suuremmissa klooripitoisuuksissa (20 - 50 ppm), ja pinnan halkeilu voi tapahtua 500 tunnin sisällä.

PFA-kloorihyökkäyksen mekanismi
Veteen liuennut kloorikaasu hydrolysoituu muodostaen hypokloorihappoa (HOCl) ja suolahappoa (HCl). Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. "HOCl ja HCl ovat molemmat vihamielisiä. HOCl on voimakas hapetin, joka erottaa vetyatomeja PFA-ketjun päistä (vaikka PFA:ssa on suhteellisen vähän vetyä, jäljellä on joitain -CF2H-pääteryhmiä). Fluori korvataan hapella, jolloin muodostuu karbonyylifluoridi (-COF) ja karboksyyli (-COOH) ryhmiä. Nämä polaariset ryhmät lisäävät pintaenergiaa (18-20 mN/m arvoon 25-35 mN/m), mikä paradoksaalisesti johtaa veden kosketuskulman pienenemiseen ja voi siten parantaa kostuvuutta. Merkittävämpää on, että hapettunut pintakerros silloittuu ja kovettuu. Kovuuden kasvu liittyy pintakerroksen kiteisyyden lisääntymiseen (45 %:sta 55–60 %:iin), koska amorfiset alueet kohdistetaan ja organisoidaan ensisijaisesti.

Tämä reaktio on lämpötilariippuvainen. 25 astetta. 1000 tunnin jälkeen 5 ppm Cl2:lla kovuus kasvaa 2–4 ​​Shore D -yksikköä. 40 asteessa se on 5–10 yksikköä. 60 asteessa se on 10-15 yksikköä. Pintaan muodostuu mikrohalkeamia. PFA 5 ppm kloorivedessä 80 asteessa epäonnistuu 200-500 tunnin kuluttua voimakkaan pinnan halkeilun ja haurastumisen vuoksi. Siten PFA-lämmittimiä klooridesinfiointijärjestelmissä tulisi käyttää alle 50 asteen lämpötilassa.

Pintakovuuden muutos 1000 tunnin jälkeen
Lämpötila ( aste ) Klooripitoisuus (ppm) Kovuus, Alkukovuus (Shore D) Kovuus 1 000 tunnin jälkeen (Shore D) Lisäys (Shore D) Pinnan ulkonäkö venymä katkeamisretentio (%)
0 (kontrolli) 40 66 66 0 Sileä, kiiltävä 100 % 1 40 66 68-69 2-3 Lievä himmennys 90-95 % 5 40 66 70-73 4-7 Himmeä, hieman karkea 70-80 %
10 40 66 72-75 6-9 Tylsä, havaittava mikro-karheus 60-70 %
5 25 66 68–70 2–4 Lievä himmennys 85–90 % 5 50 66 72–76 6–10 Tylsää, hienoa säröilyä 65–75 % 5 60 66 75–80 9–14 Mikrohalkeamia havaittavissa 10 × 40–60 %
5 80 66 Ei käytössä (epäonnistunut) Ei käytössä Pinnan halkeilu, haurastuminen<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%
Käytännön vaikutukset lämmittimen käyttöön
Uima-altaan lämmittimillä (25-30 astetta, 1-5 ppm Cl2) kovuuden lisäys 1000 tunnin jälkeen oli vähäistä (2-5 Shore D). Lämmitin on edelleen toiminnassa, eikä pinnan haurastuminen aiheuta halkeilua normaalin lämpökierron aikana (ΔT=10-20 aste). Elinikä on 5-10 vuotta. Kunnallisissa vedenkäsittelyjärjestelmissä, joiden lämpötila on 40–50 astetta, kovuuden nousu on merkittävä (5–10 Shore D). Kiukaan pinta himmenee ja menettää kimmoisuutensa. 2-3 vuoden lämpökierron jälkeen (päivittäinen päälle/pois päältä) saattaa ilmaantua hienoja pintamurtumia. Vaihto suositellaan 3-5 vuoden iässä.

PFA:ta ei suositella teolliseen kloorin desinfiointiin korkeissa lämpötiloissa (50-80 astetta) pitoisuudesta riippumatta. Korkean lämpötilan ja kloorin yhdistelmä johtaa pinnan nopeaan heikkenemiseen ja halkeilemiseen ja lopulta metalliytimeen tunkeutumiseen. Muita korkean lämpötilan kloorihuollon materiaaleja ovat titaani (passivoi kloorivedessä) tai ECTFE (Halar), joka on parempi kuin PFA kloorin kestävyyden suhteen.

Kunnon arviointi Pinnan kovuuden testaus
Kloorikäytössä olevien PFA-lämmittimien vuotuinen pinnan kovuustesti arvioi jäljellä olevan käyttöiän. Käytä kannettavaa Shore D -durometriä (ASTM D2240). Mittaa kolmesta kohdasta (alhaalta, keskeltä, ylhäältä) siitä osasta, joka on veden alla. Jos kovuus on kasvanut 5-10 yksikköä alkuperäisestä arvosta (66-68), se on merkki kohtalaisesta heikkenemisestä. Lämmittimellä on todennäköisesti 2-3 vuotta jäljellä. Kovuuden nousu 10–15 yksikköä on merkki merkittävästä heikentymisestä, ja vaihtaminen tulisi tapahtua 12 kuukauden kuluessa. Jos kovuus kasvaa yli 15 yksikköä tai jos pinnassa ilmenee ilmeisiä halkeamia, se on vaihdettava. Yhteys jäljellä olevan käyttöiän ja kovuuden kasvun välillä on empiirinen. Se on kuitenkin luotettava kloorivaurioituneelle PFA:lle.

Jos lämmittimien kovuus on jo noussut, alenna käyttölämpötilaa, jos mahdollista. Hajoamisnopeus puolittaa jokaisen 5 asteen laskun (Arrhenius-käyttäytyminen). Lämmitin 50 asteessa ja 10 yksikön kovuuden kasvu, joka laskee 40 asteeseen, kaksinkertaistaa jäljellä olevan käyttöiän 4 vuoteen.

Johtopäätökset: Kovuus kasvoi 5–10 yksikköä 1 000 tunnin jälkeen 40 asteessa /5 ppm 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 yksikköä tai mikä tahansa ilmeinen pinnan halkeilu. Kuinka seurata kovuutta, ylläpitää lämpötilaa ja vaihtaa ennen kuin se epäonnistuu Kloori ja korkea lämpötila ovat PFA:n vihollisia. Hallitse molempia ja lämmittimesi selviää.