Kāda ir ūdenī izšķīdinātas hlora gāzes ietekme uz PFA sildītāja virsmas cietību pēc 1000 stundām?

Ūdenī hlora gāze (Cl₂) ir ļoti spēcīgs oksidētājs, un to izmanto daudzās dezinfekcijas sistēmās, peldbaseinos un pašvaldību ūdens attīrīšanas iekārtās. Laika gaitā hlors iznīcinās PFA virsmas. Normālos daudzumos (1-10 ppm) izšķīdināta hlora gāze rada pakāpeniskas virsmas izmaiņas, savukārt hipohlorīta šķīdumi (balinātājs) izraisa ātru noārdīšanos. PFA virsmas cietība palielinās par 5-10 Shore D vienībām (65-68 līdz 70-75) pēc 1000 stundu nepārtrauktas ekspozīcijas 40 grādu temperatūrā (vidējā baseina temperatūra) ar 5 ppm izšķīdušā Cl 2 . Virsma kļūst trauslāka, pagarinājums pārrāvuma vietā samazinās no 300 % līdz 10-20 %. Cietības palielināšanās aprobežojas ar ārējo slāni 50–150 µm, birstošais materiāls paliek nemainīgs. Darbība tiek paātrināta pie augstākām temperatūrām (60 līdz 80 grādi) vai lielākai hlora koncentrācijai (20 līdz 50 ppm), un virsmas plaisāšana var notikt 500 stundu laikā.

PFA hlora uzbrukuma mehānisms
Ūdenī izšķīdinātā hlora gāze hidrolizējas, veidojot hipohlorskābi (HOCl) un sālsskābi (HCl). Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. "Hocl un HCl ir naidīgi noskaņoti. HOCl ir spēcīgs oksidētājs, kas ekstrahē ūdeņraža atomus no PFA ķēdes galiem (lai gan PFA ir salīdzinoši maz ūdeņražu, ir dažas atlikušās -CF2H gala grupas). Fluors tiek aizstāts ar skābekli, veidojot karbonilfluorīda (-COF) un karboksilgrupas (-COOH). Šīs polārās grupas palielina virsmas enerģiju (no 18-20 mN/m līdz 25-35 mN/m), kas paradoksālā kārtā samazina saskares ar ūdeni leņķi un tādējādi var uzlabot mitrināmību. Vēl svarīgāk ir tas, ka oksidētais virsmas slānis sašķeltās un sacietē. Cietības palielināšanās ir saistīta ar virsmas slāņa kristāliskuma palielināšanos (no 45% līdz 55–60%), jo amorfie reģioni ir mērķtiecīgi un pārkārtoti.

Šī reakcija ir atkarīga no temperatūras. 25 grādiem. Pēc 1000 stundām pie 5 ppm Cl2 cietība palielinās par 2–4 Shore D vienībām. Pie 40 grādiem tas ir 5–10 vienības. Pie 60 grādiem tas ir 10-15 vienības. Veidojas virsmas mikroplaisas. PFA 5 ppm hlora ūdenī 80 grādu temperatūrā neizdodas pēc 200–500 stundām, jo ​​ir spēcīga virsmas plaisāšana un trauslums. Tādējādi PFA sildītāji hlora dezinfekcijas sistēmās jāizmanto zem 50 grādiem.

Virsmas cietības izmaiņas pēc 1000 h
Temperatūra ( grāds ) Hlora koncentrācija (ppm) Cietība, Sākotnējā (Šors D) Cietība pēc 1000 h (Šors D) Palielinājums (Šors D) Virsmas izskats Pagarinājums pārrāvuma aizturē (%)
0 (kontrole) 40 66 66 0 Gluda, spīdīga 100% 1 40 66 68-69 2-3 Neliela blāvums 90-95% 5 40 66 70-73 4-7 Blāvi, nedaudz raupji 70-80%
10 40 66 72-75 6-9 Blāvs, pamanāms mikro-nelīdzenums 60–70%
5 25 66 68–70 2–4 Neliela blāvība 85–90% 5 50 66 72–76 6–10 Blāvi, smalki sašķelti 65–75% 5 60 66 75–80 9–14 Mikroplaisas, kas redzamas pie 10 × 40–60%
5 80 66 N/A (neizdevās) N/A Virsmas plaisāšana, trauslums<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%
Praktiskā ietekme uz sildītāja darbību
Peldbaseinu sildītājiem (25-30 grādi, 1-5 ppm Cl2) cietības pieaugums pēc 1000 h bija neliels (2-5 Shore D). Sildītājs joprojām darbojas, un virsmas trauslums neizraisa plaisāšanu normālas termiskās cikla laikā (ΔT=10-20 grāds). Dzīves ilgums ir 5-10 gadi. Pašvaldības ūdens attīrīšanas sistēmām ar temperatūru 40–50 grādi cietības pieaugums ir ievērojams (5–10 krasts D). Sildītāja virsma kļūst blāvi un zaudē savu elastību. Pēc 2-3 gadu ilgas termiskās cikla (ikdienas ieslēgšana/izslēgšana) var parādīties smalki virsmas lūzumi. Nomaiņa ieteicama 3-5 gadu vecumā.

PFA nav ieteicama rūpnieciskai hlora dezinfekcijai augstā temperatūrā (50-80 grādi) neatkarīgi no koncentrācijas. Augstas temperatūras un hlora kombinācija izraisa strauju virsmas nolietošanos un plaisāšanu un galu galā caursūkšanos metāla serdenī. Citi materiāli augstas temperatūras hlora apkalpošanai ir titāns (pasivē hlora ūdenī) vai ECTFE (Halar), kas ir pārāks par PFA attiecībā uz hlora izturību.

Stāvokļa novērtēšanas virsmas cietības pārbaude
PFA sildītājiem hlora ekspluatācijā ikgadējā virsmas cietības pārbaude nosaka atlikušo kalpošanas laiku. Izmantojiet pārnēsājamu Shore D durometer (ASTM D2240). Izmēriet trīs iegremdētās daļas pozīcijās (apakšā, vidū, augšā). Ja cietība ir palielinājusies par 5-10 vienībām salīdzinājumā ar sākotnējo vērtību (66–68), tas liecina par mērenu degradāciju. Sildītājam, iespējams, būs atlikuši 2-3 gadi. Cietības palielināšanās par 10–15 vienībām liecina par būtisku degradāciju, un nomaiņa jāveic 12 mēnešu laikā. Ja cietība palielinās par vairāk nekā 15 vienībām vai ja rodas acīmredzamas virsmas plaisas, ir nepieciešama nomaiņa. Saikne starp atlikušo kalpošanas laiku un cietības palielināšanos ir empīriska. Tomēr tas ir uzticams hlora bojātiem PFA.

Ja sildītājiem jau ir paaugstināta cietība, ja iespējams, samaziniet darba temperatūru. Noārdīšanās ātrums samazinās uz pusi katrā pa 5 grādiem (Arrhenius uzvedība). Sildītājs 50 grādu temperatūrā ar 10 vienību cietības palielinājumu, samazinoties līdz 40 grādiem, dubulto atlikušo kalpošanas laiku līdz 4 gadiem.

Secinājumi: cietība palielināta par 5–10 vienībām pēc 1000 stundām 40 grādu temperatūrā /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 vienības vai jebkura acīmredzama virsmas plaisāšana. Kā uzraudzīt cietību, uzturēt temperatūru un nomainīt, pirms tas sabojājas Hlors un augsta temperatūra ir PFA ienaidnieki. Pārvaldiet abus, un jūsu sildītājs izdzīvos.