亜鉛電気めっきラインでコイル汚れが発生するのはなぜですか?PTFE 熱交換器の付着防止表面はどのようにして汚れを解決できるのでしょうか?{0}}

酸性亜鉛浴の汚れサイクル

酸性亜鉛めっきラインには、浸漬コイルの汚れというメンテナンスに関する共通の悩みがあります。加熱コイル (通常はステンレス鋼) は、硬く付着したスケール層を生成し、熱伝達を徐々に低下させます。浴槽の温度が下がり始めます。オペレーターは蒸気圧力を上げて補償します。最終的には、機械的または化学的スケール除去のためにコイルを除去する必要があります。

このサイクルは数か月ごとに繰り返されます。洗浄中に生産時間が失われます。化学薬品のコストが累積します。繰り返しの酸によるスケール除去により、コイルの壁の厚さは徐々に侵食されます。根本的な問題は、スケールの形成自体ではなく-酸性亜鉛電解質では水酸化鉄と硫酸カルシウムの沈殿が化学的に避けられない-むしろ、金属表面へのスケールの粘り強い付着です。

スケール付着の化学

酸性亜鉛めっき浴は、ワークの溶解による溶解鉄と引き込みによる硬水カルシウムを含む pH 4.5-5.5 で動作します。浴が老化すると、第一鉄が酸化して水酸化第二鉄となり、ゼラチン状固体として沈殿します。硫酸カルシウムは飽和に達し、加熱された表面上で結晶化します。

壁温度 60-80 度のステンレス鋼コイル上では、これらの析出物は容易に核生成します。金属酸化物の表面は、結晶核形成のための高エネルギー部位を提供します。ファンデルワールス力と静電引力により、スケール粒子が金属に結合します。スケール層は一度付着すると、動作サイクルごとに厚くなります。

抑制塩酸を使用した化学的スケール除去はスケールを溶解しますが、その下の金属も攻撃します。各スケール除去サイクルでは、数ミクロンのステンレス鋼が除去されます。何年にもわたってスケールとスケール除去を繰り返すと、壁が薄くなり、交換が必要なレベルに達します。

表 1: 酸性亜鉛浴における熱交換器表面のスケール付着比較

接触角測定からの表面エネルギーデータ。スケールサンプルのクロスカットテープテストによる接着強度。-

PTFE の-付着防止メカニズム

PTFE は、エンジニアリング固体の中で最も低い表面エネルギーを持っています。水滴は表面を濡らすのではなく、玉になって転がり落ちます。スケールを形成する析出物は、高エネルギーの核生成サイトにほとんど遭遇しません。{{3}

スケールを金属に結合させる接着力は、表面粗さとの機械的な連動と金属酸化物との化学結合に依存しています。 PTFE にはそのどちらもありません。フルオロポリマーの表面は、結晶核生成に関連するスケールで分子的に滑らかです。炭素-フッ素結合は化学的に飽和しているため、水酸化物または硫酸塩の沈殿物と結合するための反応部位がありません。

PTFEに発生するスケールが緩く付着しています。多くの場合、エア スパージングや溶液循環による通常の浴の撹拌は、発生中のスケールが断熱性の厚さになる前に剥離するのに十分です。最終的に洗浄が必要になった場合は、化学物質を使用せずに水ですすぐか優しく拭いて堆積物を取り除きます。

汚れの減少による運用への影響

安定した熱伝導は安定した浴温制御に直結します。 PTFE コイルは、数か月の動作にわたって設計 U- 値を狭い帯域内に維持します。オペレーターは、スケールの断熱を補うために蒸気圧力を徐々に増加させる必要はありません。

スケール除去用の化学薬品はメンテナンスルーチンから排除されます。これにより、化学物質の購入コスト、有害廃棄物の処理、作業者の暴露リスクがなくなります。また、最終的に金属コイルを破壊する徐々に壁が薄くなる現象も排除します。

安定した熱性能と最小限の洗浄の組み合わせにより、生産稼働時間が延長されます。お風呂は設定値のままです。スループットは一貫したままです。保守作業は、反応性コイルの洗浄から生産的な作業に振り向けられます。

ラック亜鉛めっきラインからのフィールドデータ

ラック亜鉛めっき作業工場では、2 つの 8,000 リットルの酸性亜鉛槽内のステンレス鋼加熱コイルを PTFE 熱交換器に交換しました。ステンレスコイルは平均して 10 週間ごとにスケール除去が必要で、各洗浄には 4 時間の製造時間がかかり、200 リットルの廃酸が発生しました。

PTFE を 14 か月運転した後でも、コイルは化学的スケール除去を必要としませんでした。水酸化鉄の軽い表面の粉塵は、定期的な年次検査中に拭き取られました。定常状態運転時の蒸気消費量で測定した熱伝達性能は、-設置時の値の 5% 以内に留まりました。-タンクあたりの年間メンテナンスコストは 4,800 ドル削減されました。

まとめ

酸性亜鉛バスコイルの汚れは、高エネルギー金属表面へのスケールの付着によって引き起こされます。-ステンレス鋼とチタンは頻繁に酸によるスケール除去を必要とし、コイルに徐々にダメージを与えます。 PTFE 熱交換器は、低い表面エネルギーと化学的不活性により、強力なスケールの付着を防ぎます。

その結果、蒸気圧力が徐々に上昇することなく安定した熱伝達が実現し、スケール除去用の化学薬品とそれに関連するコストが不要になり、生産稼働時間が延長されます。酸性亜鉛のサービスにおける PTFE コイルは、重大な汚れが付着することなく数か月間動作し、メンテナンスを反応サイクルから予測可能な検査スケジュールに移行します。

亜鉛めっき浴における PTFE 熱交換器のサイジングに関するエンジニアリング分析は、タンク容量、動作温度、現在のコイル仕様、および利用可能な蒸気圧力を提出すると利用できます。