تاثیر گاز کلر محلول در آب بر سختی سطح هیتر PFA بعد از 1000 ساعت چیست؟

در آب، گاز کلر (Cl2) یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است و در بسیاری از سیستم های ضد عفونی، استخرهای شنا و تصفیه خانه های آب شهری استفاده می شود. با گذشت زمان، کلر سطوح PFA را از بین می برد. گاز کلر محلول در مقادیر معمولی (ppm 10-1) تغییرات سطحی پیشرونده ایجاد می‌کند، در حالی که محلول‌های هیپوکلریت (سفیدکننده) باعث تخریب سریع می‌شوند. سختی سطح PFA 5-10 واحد Shore D (65-68 تا 70-75) پس از 1000 ساعت قرار گرفتن در معرض مداوم در 40 درجه (متوسط ​​دمای استخر) با 5 پی پی ام کلر محلول 2 . افزایش می یابد. افزایش سختی به لایه بیرونی 50 تا 150 میکرومتر محدود می شود، مواد حجیم بدون تغییر باقی می مانند. عمل در دماهای بالاتر (60 تا 80 درجه) یا غلظت های کلر بیشتر (20 تا 50 پی پی ام) تسریع می شود و ترک خوردگی سطح می تواند در عرض 500 ساعت رخ دهد.

مکانیسم حمله کلر PFA
گاز کلر محلول در آب هیدرولیز می شود و اسید هیپوکلرو (HOCl) و اسید کلریدریک (HCl) ایجاد می کند. Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. «HOCl و HCl هر دو متخاصم هستند. HOCl یک اکسید کننده قوی است که اتم های هیدروژن را از انتهای زنجیره PFA استخراج می کند (اگرچه PFA هیدروژن های نسبتا کمی دارد، برخی از گروه های انتهایی -CF2H باقیمانده نیز وجود دارد). فلوئور با اکسیژن جایگزین می شود و گروه های کربونیل فلوراید (-COF) و کربوکسیل (-COOH) را تشکیل می دهد. این گروه های قطبی انرژی سطحی را افزایش می دهند (از 18-20 mN/m به 25-35 mN/m)، که به طور متناقضی منجر به کاهش زاویه تماس آب می شود و بنابراین، ممکن است ترشوندگی را افزایش دهد. مهمتر از آن، لایه سطحی اکسید شده به هم متصل شده و سخت می شود. افزایش سختی مربوط به افزایش بلورینگی لایه سطحی (از 45٪ به 55-60٪) است زیرا مناطق آمورف ترجیحاً هدف قرار می گیرند و دوباره سازماندهی می شوند.

این واکنش به درجه حرارت. 25 بستگی دارد. پس از 1000 ساعت در 5 ppm Cl2 سختی 2-4 واحد Shore D افزایش می یابد. در 40 درجه، 5-10 واحد است. در 60 درجه 10-15 واحد است. ریزترک های سطحی تشکیل می شوند. PFA در آب کلر 5 ppm در دمای 80 درجه پس از 200-500 ساعت به دلیل ترک خوردگی و شکنندگی شدید سطح از بین می رود. بنابراین بخاری های PFA در سیستم های ضدعفونی کلر باید زیر 50 درجه استفاده شوند.

تغییر در سختی سطح پس از 1000 ساعت
دما (درجه) غلظت کلر (ppm) سختی، اولیه (Shore D) سختی پس از 1000 ساعت (Shore D) افزایش (Shore D) ازدیاد طول ظاهر سطح در زمان شکست (%)
0 (کنترل) 40 66 66 0 صاف، براق 100% 1 40 66 68-69 2-3 مات شدن ملایم 90-95% 5 40 66 70-73 4-7 مات، کمی زبر 70-80%
10 40 66 72-75 6-9 مات و قابل توجه میکرو-زبری 60-70%
5 25 66 68–70 2–4 کدر شدن خفیف 85–90% 5 50 66 72–76 6–10 کسل‌کننده، فرسودگی خوب 65–75% 5 60 66 75–80 9–۱۴ ریزترک آشکار در ۱۰×۴۰–۶۰%
5 80 66 ناموفق (شکست خورده) عدم وجود ترک خوردگی سطحی، شکنندگی<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%
مفاهیم عملی برای راه اندازی بخاری
برای بخاری های استخر شنا (25-30 درجه، 1-5 ppm Cl2)، افزایش سختی پس از 1000 ساعت اندک بود (2-5 Shore D). بخاری هنوز کار می کند و شکنندگی سطح باعث ایجاد ترک در طول چرخه حرارتی معمولی نمی شود (ΔT=10-20 درجه). طول عمر 5-10 سال است. برای سیستم های تصفیه آب شهری با دمای 40-50 درجه، افزایش سختی قابل توجه است (5-10 Shore D). سطح بخاری کدر می شود و خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد. پس از 2-3 سال چرخه حرارتی (روشن/خاموش روزانه) ممکن است شکستگی های سطحی ریز ظاهر شود. تعویض در 3-5 سال توصیه می شود.

PFA برای ضدعفونی صنعتی کلر در دماهای بالا (50-80 درجه) هر غلظتی که باشد توصیه نمی شود. ترکیب دمای بالا و کلر منجر به زوال سریع سطح و ترک خوردگی و در نهایت نفوذ به هسته فلزی می شود. مواد دیگر برای سرویس کلر در دمای بالا تیتانیوم (غیرفعال در آب کلر) یا ECTFE (Halar) هستند که از نظر مقاومت در برابر کلر از PFA برتر است.

ارزیابی شرایط تست سختی سطح
برای بخاری های PFA در سرویس کلر، آزمایش سختی سطح سالانه عمر باقی مانده را تخمین می زند. از یک طول سنج قابل حمل Shore D (ASTM D2240) استفاده کنید. در سه موقعیت (پایین، وسط، بالا) قسمتی که زیر آب است اندازه گیری کنید. اگر سختی 5{16}}10 واحد بیش از مقدار اصلی (66-68) افزایش یافته باشد، این نشانه تخریب متوسط ​​است. بخاری احتمالا 2-3 سال باقی خواهد ماند. افزایش 10-15 واحدی در سختی نشان دهنده تخریب قابل توجه است و جایگزینی باید در عرض 12 ماه انجام شود. اگر سختی بیش از 15 واحد افزایش یابد یا هر گونه ترک آشکار سطحی رخ دهد، نیاز به تعویض است. ارتباط بین عمر باقیمانده و افزایش سختی تجربی است. با این حال، برای PFA آسیب دیده با کلر قابل اعتماد است.

اگر بخاری ها قبلاً افزایش سختی را نشان می دهند، در صورت امکان دمای کار را کاهش دهید. نرخ تخریب در هر کاهش 5 درجه به نصف کاهش می یابد (رفتار آرنیوس). بخاری در دمای 50 درجه، با افزایش 10 واحدی سختی، تا 40 درجه کاهش می یابد، عمر باقی مانده را دو برابر می کند و به 4 سال می رساند.

نتیجه گیری: سختی 5-10 واحد بعد از 1000 ساعت در 40 درجه / 5ppm Cl2 افزایش یافت.
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 واحد یا هر ترک آشکار سطحی. نحوه نظارت بر سختی، حفظ دما و تعویض آن قبل از از بین رفتن کلر و دمای بالا دشمنان PFA هستند. هر دو را مدیریت کنید و بخاری شما زنده خواهد ماند.