En metallverkstad tog upp en PTFE-elpatron från en alkalisk rengöringstank efter fem månaders service. Mantelytan täcktes med en hård, glasartad film som motstod borttagning med utspädd syra. Underhållsteamet var tvungen att använda en mejsel för att bryta bort filmen, vilket skar PTFE på flera ställen. Filmen var inte vanlig kalciumkarbonatskala. Det var ett silikatglas som hade smält på värmeytan.
Silikatglasfilmer är bland de mest sega avlagringarna som finns på PTFE-doppvärmare. De bildas i alkaliska rengöringsbad som innehåller natriumsilikat, en vanlig tillsats som används för buffring, korrosionsinhibering och smutssuspension. Silikatet polymeriserar på heta ytor för att bilda ett glas-liknande lager som binder kemiskt till PTFE.
Varför bildas silikatfilmer på heta ytor
Natriumsilikat är en blandning av natriumoxid och kiseldioxid. I lösning finns det som silikatjoner. När lösningen kommer i kontakt med en het yta polymeriserar silikatet-silikatjonerna länkar samman för att bilda långa kedjor och nätverk. Polymerisationen drivs av temperatur och av avdunstning av vatten vid den heta ytan.
Det polymeriserade silikatet bildar en film som är hård, kemiskt resistent och tätt bunden till ytan. Filmen växer när mer silikatavlagringar. Det blir tjockare och mer glas-med tiden. Till skillnad från karbonatskala, som fäster genom mekanisk sammanlåsning, binder silikatfilmer sig kemiskt till PTFE-ytan.
| Silikatkoncentration | Badtemperatur | Mantel Yttemperatur | Filmbildningshastighet | Tid till 1 mm film |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 grader | 75 grader | Låg | 6–12 månader |
| 2–4% | 70 grader | 85 grader | Måttlig | 3–6 månader |
| 4–6% | 75 grader | 95 grader | Hög | 6–12 veckor |
| >6% | 80 grader | 105 grader + | Mycket hög | 3–6 veckor |
Silikatfilmbildningshastigheter som en funktion av koncentration och manteltemperatur
Varför silikatfilmer är mer skadliga än karbonatskala
Karbonatfjäll är relativt mjukt och poröst. Den fäster genom mekanisk förregling och svaga van der Waals-krafter. Utspädd syra löser det, och PTFE-ytan under är vanligtvis intakt.
Silikatfilmer är olika. De är hårda, täta och kemiskt bundna till PTFE. Silikatnätverket bildar kovalenta bindningar med polymerytan. Filmen löser sig inte i syra. Det kräver alkalisk rengöring eller mekanisk borttagning.
Mekanisk borttagning-skrapning, mejsling eller abrasiv blästring-skadar PTFE och skapar kärnbildningsplatser för framtida filmbildning. De skadade områdena är mer mottagliga för silikatbindning än den ursprungliga släta ytan.
Höljets yttemperaturs roll
Silikatpolymerisationshastigheten ökar med temperaturen. Varje 10-gradig ökning fördubblar ungefär hastigheten. En värmare som arbetar vid 95 graders yttemperatur bildar silikatfilm dubbelt så snabbt som en vid 85 grader.
Yttemperaturen beror på wattdensiteten och flödesförhållandena. En värmare som arbetar med 1,4 W/cm² i ett måttligt omrört bad kan ha en yttemperatur på 15–20 grader över bulken. En värmare på 0,9 W/cm² kan ha en yttemperatur endast 10–12 grader över bulken. Den lägre wattdensiteten minskar yttemperaturen och saktar ner filmbildningen.
Förhindrar silikatfilmbildning
Det mest effektiva förebyggandet är att sänka mantelns yttemperatur. En lägre wattdensitet håller ytan svalare och saktar ner polymerisationshastigheten. En värmare som arbetar med 0,9 W/cm² kan ta dubbelt så lång tid att bilda en 1 mm film som en med 1,4 W/cm².
En polerad yta minskar silikatfilmens vidhäftningsstyrka. En slät yta ger färre kärnbildningsställen och mindre mekanisk sammanlåsning. Polerade ytor förlänger rengöringsintervallet med 30–50 % jämfört med standardytor.
Regelbunden rengöring tar bort filmen innan den blir tjock och seg. En tunn hinna är lättare att ta bort än en tjock. Städintervallet bör baseras på inspektionsresultat, inte en fast kalender.
| Förebyggande åtgärd | Effekt på filmbildning | Genomförande |
|---|---|---|
| Lägre wattdensitet, 0,9 W/cm² | Långsammare polymerisation | Värmare design |
| Polerad yta | Minskad vidhäftning | Värmare finish |
| Regelbunden rengöring | Förhindrar tjock film | Underhållsschema |
| Minskad silikatkoncentration | Lägre deponeringshastighet | Badkemikontroll |
Förebyggande åtgärder för silikatfilmbildning i alkaliska rengöringsmedel
Rengöring av silikatfilmer utan att skada värmaren
Silikatfilmer löser sig inte i syra. De kräver alkalisk rengöring eller mekanisk borttagning.
En alkalisk rengöringslösning-vanligtvis 5–10 % natriumhydroxid vid 50–60 grader -kan mjuka upp silikatfilmen och låta den borstas bort. Rengöringslösningen ska cirkuleras eller omröras för att hålla kontakten med filmen. Värmaren bör inspekteras efter rengöring för att bekräfta att filmen har tagits bort.
Mekanisk borttagning bör vara en sista utväg. Om mekanisk borttagning är nödvändig, använd en plastskrapa eller en mjuk borste. Använd inte stålborstar, metallskrapor eller slipkuddar, som skadar PTFE.
När silikatfilm indikerar ett specifikationsproblem
En värmare som utvecklar tjocka silikatfilmer trots regelbunden rengöring indikerar att värmaren arbetar med en wattdensitet som är för hög för badets kemi. En anpassad PTFE elpatronkonfiguration med lägre wattdensitet, en polerad yta och en större yta åtgärdar grundorsaken till silikatavlagring. Specifikationsprocessen kräver badets kemi, silikatkoncentrationen, driftstemperaturen och den erforderliga effekten. För anläggningar med silikat-innehållande alkaliska rengöringsmedel, minskar detta applikations-specifika tillvägagångssätt filmbildning och förlänger värmarens livslängd.
