二重-攻撃環境
化学洗浄プロセスでは、70 度の 15% 塩酸溶液と 80 度の 10% 水酸化ナトリウム溶液が交互に使用されます。熱交換器はスケールの両端で極端な pH にさらされ、サイクルの間に熱水ですすぎが行われます。酸は金属やアルカリ性の物質を攻撃します。-腐食剤はガラス、シリカ-ベースのセラミック、両性金属を攻撃します。両方の環境に耐えられる材料はほとんどありません。
ホーロー鋼-ガラスライニング鋼{{1}とも呼ばれる-）は、腐食性の化学サービスで長年使用されてきました。ガラスライニングは、ホウケイ酸エナメルを高温でスチール基板に融合させたもので、酸によく耐えます。化学および製薬業界の反応容器、貯蔵タンク、熱交換器で広く使用されています。
PTFE は、pH スペクトル全体にわたって酸とアルカリの両方に耐性があります。酸-交互使用にホーロー鋼と PTFE のどちらを選択するかは、サイクルの苛性側によって決まります。-ホーロー鋼には根本的な脆弱性があります。
アルカリ中でのガラスの腐食メカニズム
ガラスは、さまざまな金属酸化物修飾剤を加えた二酸化ケイ素です。アルカリ溶液では、水酸化物イオンがガラスのネットワークを形成するシリコン-の酸素結合を攻撃します。反応は次のとおりです。
SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O
ケイ酸ナトリウムは可溶性であり、アルカリ溶液に溶解します。ガラスの表面は徐々にエッチングされていきます。この速度は、温度、苛性物質の濃度、および特定のガラス組成によって異なります。
ホウケイ酸ガラス-ホーロー鋼に使用されるタイプ-には、化学的耐久性を向上させる酸化ホウ素が含まれています。しかし、80 度の 10% NaOH では、ホウケイ酸ガラスでも年間約 0.01 ～ 0.05 mm 腐食します。厚さ 0.8 ～ 1.2 mm のグラスライニングは、このような条件下では 10 年の耐用年数にわたって厚さの 10 ～ 60% が失われます。
腐食が完全に均一になることはほとんどありません。グラスライニングに微細な欠陥、気泡、または薄い斑点があると、より早く腐食します。ガラスが貫通されると、その下にある鋼は酸-が交互に現れる環境にさらされます。どちらの場合でも、鋼は急速に腐食します。ライニングが局所的に破損しているため、機器を再ガラス化するか交換する必要があります。
表 1: 酸-アルカリのサイクル性能の比較
| パフォーマンスパラメータ | ホーロー（ガラスライニング）スチール | PTFE |
|---|---|---|
| 耐酸性（HCl、H₂SO₄） | 素晴らしい | 素晴らしい |
| 耐アルカリ性（NaOH、KOH） | 不良（ガラス溶解） | 素晴らしい |
| 10% NaOH、80 度での腐食速度 (mm/年) | 0.01-0.05 | 0 |
| ライニング/コーティング厚さ (mm) | 0.8-1.2 | 1.0～1.5（管壁） |
| pH交互使用時の推定ライニング寿命 | 3～8年 | 15+年 |
| 修理方法 | 工場で再ガラス化。数週間のダウンタイム | フィールドプラグまたはチューブセクションを交換する |
| 耐熱衝撃性 | 中程度 (ΔT max ~100 度) | Excellent (>200度ΔT) |
| 機械的衝撃耐性 | 不良（脆い、衝撃で欠ける） | 良好（弾性回復性） |
| 故障モード | ライニング貫通→鋼材腐食 | 段階的なクリープシンニング |
| 差し迫った障害の検出可能性 | 難しい（裏地のダメージは目に見えないことが多い） | 簡単（超音波厚み測定） |
熱衝撃係数
水洗による熱酸から熱アルカリ溶液への移行は、熱衝撃状態を引き起こします。ホーロー鋼製熱交換器は急激な温度変化を受け、ガラス-と-の接着にストレスがかかります。ガラスとスチールの熱膨張係数は異なります-ガラスは約 3-6 × 10-⁻⁶/度、スチールは 12-15 × 10-⁻⁶/度です。膨張差により、界面にせん断応力が発生します。
数百回の熱サイクルを繰り返すと、累積的な応力によりガラス-と鋼鉄の界面に微小な亀裂が生じます。-これらのクラックはプロセス側からは見えません。ガラスが鋼鉄から剥がれるまで、サイクルを続けると成長します。露出した鋼は急速に腐食します。
PTFE には剥離する界面がありません。材料は厚さ全体にわたって均一です。熱膨張はコンポーネント全体の弾性変形によって吸収されます。差応力は発生しません。
メンテナンスと修理のコントラスト
グラスライニングスチール製熱交換器が故障した場合、ユニット全体を取り外し、再ガラス化のために専門施設に輸送する必要があります。{0}このプロセスには数週間かかります。生産が中断されます。予備のユニットを使用できる必要があります。そうしないと、生産能力が失われます。
PTFE 熱交換器に漏れが発生した場合は、{0}}通常は長年の使用後に発生します-。現場で影響を受けたチューブを差し込むことができます。交換器は、わずかに低下した容量で動作し続けます。恒久的な修理またはチューブの交換は、次回の計画メンテナンス停止時に予定されています。
PTFE の現場での修理可能性は、生産の継続性が重要なプロセスにおいて、運用上の大きな利点となります。{0}
まとめ
PTFE 熱交換器は、酸-の交互使用においてエナメル鋼よりも優れた性能を発揮します。これは、PTFE がグラスライニングを徐々に薄くする苛性溶解の影響を受けないためです。熱アルカリ中でのホーロー鋼のガラス腐食速度と、ガラス-鋼の界面での熱衝撃による損傷により、耐用年数は 3 ～ 8 年に制限されます。 PTFE は、腐食や界面剥離のない 15+ 年間のサービスを提供します。
PTFE は現場で修理できるため、エナメル鋼の修理に必要な工場での再ガラスと比較して、ダウンタイム コストがさらに削減されます。{0}{1}酸性とアルカリ性の化学反応を繰り返すプロセスでは、PTFE がリスクが低く、寿命が長い-選択肢となります。-
酸および苛性物質の濃度、動作温度、サイクル頻度、現在の機器の耐用年数データを提出すると、代替 pH サービスの材料選択のための工学分析が利用可能になります。
