Problemet med slurryslitage
Omrörda gödseltankar i mineralbearbetning, fosforsyraproduktion och avloppsvattenrening suspenderar slipande fasta partiklar i frätande vätskor. Värmeväxlarrören nedsänkta i denna miljö utsätts för kontinuerlig partikelkollision. Varje partikelkollision tar bort en mikroskopisk mängd material från rörytan. Under månader och år tunnar den kumulativa erosionen ut rörväggen.
Aluminiumoxid-fylld PTFE-PTFE blandad med 10-20 % aluminiumoxid (Al₂O₃)-pulver-marknadsförs som ett nötningsbeständigt alternativ till ny PTFE. De keramiska fyllmedelspartiklarna, som är hårdare än PTFE-matrisen, är avsedda att fånga upp stötande slampartiklar och skydda polymeren från slitage.
Konceptet gäller i torrt glidande slitage. Vid våt slurryerosion introducerar den kemiska miljön och fyllmedels-matrisgränssnittet komplikationer som kan vända den förväntade prestandafördelen. Att förstå dessa komplikationer är avgörande för korrekt materialval vid slipande kemisk användning.
Slurry Erosion Mechanism
Uppslamningserosion i en omrörd tank involverar partiklar suspenderade i en vätska som träffar värmeväxlarrörets yta med måttliga hastigheter -vanligtvis 1-5 m/s. Partikelpåverkan skapar lokal plastisk deformation i PTFE-ytan. Upprepade stötar ackumulerar påfrestningar, och så småningom lossnar små fragment av polymeren.
I ny PTFE svarar ytan på partikelpåverkan genom viskoelastisk deformation. Polymerkedjorna absorberar stötenergin och rekylerar elastiskt om töjningen är under flyttröskeln. Erosion uppstår genom en-liknande utmattningsprocess efter många stötar. Takten är låg och enhetlig.
I aluminium-fylld PTFE är fyllmedelspartiklarna stela. De deformeras inte vid stötar. Slagenergin koncentreras vid gränsytan mellan den hårda aluminiumoxidpartikeln och den mjukare PTFE-matrisen. Spänningskoncentrationen initierar mikro-sprickor vid fyllmedels-matrisgränsen. Dessa sprickor växer under upprepade stötar. Så småningom lossnar den omgivande PTFE och tar med sig fyllmedelspartikeln. Erosionshastigheten bestäms inte av fyllmedlets hårdhet utan av fyllmedlets vidhäftning till matrisen och utmattningsmotståndet hos den gränsytan.
| Erosionsparameter | Virgin PTFE | Aluminiumoxid-fylld PTFE |
|---|---|---|
| Erosionsskyddsmekanism | Viskoelastisk energiabsorption | Fyllnadspartiklar fångar upp stötar |
| Filler-matrisgränssnitt | N/A (homogen) | Stresskoncentrationsställe |
| Initiering av mikro-sprickor | Långsam (enhetligt material) | Accelererat vid utfyllnadsgränser |
| Erosionshastighet i omrörd kiseldioxidslurry (relativ) | 1.0 (baslinje) | 1.2-1.8× |
| Yttillstånd efter 1 000 timmar | Jämnt, enhetligt slitage | Uppruggade, fyllmedelspartiklar exponerade |
| Värmeöverföringskoefficient stabilitet | Stabil (slät yta) | Nedbryts (ruggad yta) |
| Kemisk beständighet | Excellent | Äventyras om syra angriper filler |
Den kemiska-fyllnadsinteraktionen
Aluminiumoxid är kemiskt resistent mot många syror men angrips av vissa vanliga processlösningar. I fosforsyrauppslamningar reagerar aluminiumoxid långsamt för att bilda aluminiumfosfat. I alkaliska uppslamningar löses aluminiumoxid som aluminat. Den kemiska attacken på fyllmedelspartiklarna vid tubytan tar bort dem och lämnar gropar i PTFE-ytan. Groparna koncentrerar stress och påskyndar mekanisk erosion.
Även i kemiskt godartade uppslamningar skapar exponeringen av fyllmedelspartiklar vid ytan-som inträffar när PTFE-matrisen eroderar något-skapar ytjämnhet. Den uppruggade ytan ökar vätskemotståndet och minskar den externa värmeöverföringskoefficienten. Värmeöverföringsprestanda för det aluminiumoxid-fyllda röret försämras med tiden, även om erosionshastigheten är låg.
Virgin PTFE eroderar jämnt. Ytan förblir slät. Värmeöverföringskoefficienten är stabil under hela rörets livslängd.
Ansökningsvägledningen
För kemiskt aggressiv slurryservice är -fosforsyra, surt gruvvatten, kaustikuppslamning -jungfruligt PTFE det föredragna materialet. Den kemiska attacken på aluminiumoxidfyllmedlet i fyllda kvaliteter förnekar alla fördelar med nötningsbeständighet och kan påskynda nedbrytningen.
För kemiskt godartade, mycket abrasiva uppslamningar vid måttlig temperatur, kan aluminiumoxidfylld PTFE ge-fylld PTFE bättre livslängd om fyllmedlet är väl-bundet till matrisen och partikelslagenergin ligger inom fyllmedlets kapacitet. Testning under platsspecifika-förhållanden rekommenderas innan fylld PTFE specificeras för flytgödsel.
Sammanfattning
Virgin PTFE värmeväxlarrör matchar eller överträffar ofta alumina-fylld PTFE i omrörda slurrytankar eftersom fyllmedels-matrisgränsytan blir en plats för accelererad mikro-sprickinitiering under partikelpåverkan, och eftersom kemiskt angrepp på fyllmedlet i sura eller alkaliska uppslamningar och tar bort fyllnadspartiklarna. Virgin PTFEs homogena struktur eroderar långsamt och jämnt, vilket bibehåller en jämn yta och stabil värmeöverföring. Fylld PTFE bör endast specificeras för slurryservice efter att både fyllmedlets kemiska motståndskraft och vidhäftningen av fyllmedlet till matrisen har bekräftats under de specifika processförhållandena.
Tekniskt stöd för val av PTFE-material i applikationer med slipande slam är tillgängligt efter inlämnande av slurrysammansättning, partikelstorlek och hårdhet, fastämneskoncentration, omrörningsintensitet och driftstemperatur.
