化学薬品によるスケール除去後に PTFE 浸漬ヒーターの出力が低下するのはなぜですか?

メッキ工場では、定期的なスケール除去のために 4 kW PTFE 浸漬ヒーターを導入しました。 8 か月の使用期間中に、シースには 1.5 mm の炭酸カルシウム層と金属水酸化物の堆積物が蓄積していました。ヒーターを希塩酸で洗浄し、すすぎ、タンクに戻しました。 2 週間以内に、加熱時間はスケール除去前よりも著しく長くなりました。-ヒーターには通常の電流が流れていました。鞘はきれいに見えました。それでも出力は低下しました。

スケール除去は、絶縁堆積層を除去することによって熱伝達を回復します。ほとんどの場合、スケールを除去したヒーターは新品と同様に機能します。ただし、場合によっては、スケール除去によって別の問題が明らかになったり、それが原因で、シースがきれいに見えても出力が低下することがあります。-

堆積物が劣化した表面を覆い隠していた

スケールの堆積は、最も高温の表面に優先的に形成されます。最も高温になっているシースの領域には、最も厚いスケールが蓄積しました。スケールを除去すると、下にある PTFE が露出します。-その表面は、そもそも堆積を引き起こした高温によって劣化した可能性があります。

劣化は、表面の酸化、微小亀裂、またはポリマーの滑らかな仕上げの損失の形をとることがあります。粗面化された表面により熱境界層の厚さが増加し、堆積層がなくても熱伝達が減少します。ヒーターは電力を失ってはいませんが、その電力を流体に効率的に伝達する能力を失っています。

スケール除去後の表面状態と熱伝導への影響-

スケール除去プロセス自体が表面を損傷する可能性があります

すべてのスケール除去方法が PTFE に優しいわけではありません。スケールを溶解するために使用される酸は、濃度または温度が高すぎる場合にもポリマーを攻撃する可能性があります。 PTFE に対しては、10%、40 度の塩酸は通常安全です。 20% および 60 度の塩酸に長時間さらされると、表面が劣化する可能性があります。

機械的なスケール除去-スクレーピング、ブラッシング、または研磨パッド-を使用するとスケールはすぐに除去されますが、PTFE がえぐられる可能性があります。えぐられた表面は、将来の堆積のための核生成サイトを作成し、境界層の厚さを増加させます。ヒーターはきれいになっているかもしれませんが、滑らかではなくなりました。

高圧ウォーター ジェットは厚いスケールには効果的ですが、ノズルが近づきすぎたり、圧力が高すぎると PTFE を損傷する可能性があります。-圧力制限は 50 ～ 70 bar、ノズル距離は少なくとも 150 mm をお勧めします。

スケールの堆積により表面が永続的に変化した可能性がある

たとえスケール除去プロセスが PTFE に損傷を与えなかったとしても、スケール自体が表面の化学的性質を変化させた可能性があります。カルシウムとケイ酸塩の堆積物が PTFE に化学的に結合し、酸洗浄では除去できない薄い残留物が残ることがあります。この残留物は目に見えませんが、湿潤性と熱伝達に影響を与えます。

もともと疎水性であった{0}水をはじく-表面は、水垢に長時間さらされると親水性になることがあります。親水性の表面は薄い水膜の形成を促進し、耐熱性を高めます。効果は小さいですが、時間の経過とともに測定できます。

ヒーターが安全温度を超えて動作している可能性があります

スケール除去後の出力損失の最も一般的な理由は、スケール除去前にヒーターが安全なシース温度を超えて動作していたことです。スケール層がシースを断熱し、その温度を上昇させました。温度の上昇により PTFE が劣化し、熱伝導率が低下し、エレメントと流体間の熱抵抗が増加しました。

劣化は目に見えないかもしれません。シースは無傷に見えるかもしれません。しかし、ポリマーの構造が変化し、熱を伝導する能力が低下しました。ヒーターは本来の仕様どおりに機能しなくなりました。

めっき槽でのスケール除去後のシース温度と出力損失

出力損失が永続的かどうかを判断する方法

簡単なテストで、出力損失が永続的なシースの劣化によるものなのか、それとも一時的な状態によるものなのかを判断できます。スケール除去直後の加熱時間を測定し、同じタンクに同じ定格の新しいヒーターを使用した場合の加熱時間と比較します。-

加熱時間が新しいヒーターのベースラインの 10% 以内であれば、ヒーターは許容範囲内に動作しています。- 15 ～ 25% 長い場合は、PTFE が劣化しており、ヒーターは耐用年数の終わりに近づいています。 25% 以上長くなった場合は、ヒーターを交換する必要があります。

シース温度を測定すると追加情報が得られます。通常負荷時のシース温度がスケール除去後のバルク流体温度より 20 度以上高い場合、熱抵抗が増加し、ヒーターが効率的に動作しなくなります。

スケール除去後の出力損失の防止

最も効果的な予防策は、スケール層が厚くなってシース温度が劣化範囲に上昇する前にスケールを除去することです。 -固定カレンダーではなく-検査結果に基づいた定期的なスケール除去スケジュールにより、スケール層を薄くし、シース温度を安全範囲内に保ちます。

最も穏やかで効果的なスケール除去方法を使用すると、表面損傷のリスクが軽減されます。中程度の温度での希酸循環は、機械的スクレーピングや高圧噴射よりも推奨されます。-

ワット密度を下げるとシース温度が下がり、スケールの形成とシースの劣化の両方が遅くなります。 0.9 W/cm² で動作するヒーターは、1.4 W/cm² のヒーターよりもシース温度が 10 ～ 15 度低いため、洗浄の間隔が長くなり、スケール除去が必要となる温度による劣化が軽減されます。-

出力損失が仕様上の問題を示す場合

同じタンク内でスケール除去後に出力損失が繰り返される場合は、ヒーターが温度限界に近すぎる状態で動作していることを示します。高いワット密度、高い浴温度、または不良な流れはすべて、シース温度の上昇と劣化の加速に寄与します。ワット密度が低く、フローアクセスが改善され、表面積が大きいカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、シースの劣化速度が低下し、必要な洗浄の間隔が延長されます。仕様プロセスでは、浴の化学的性質、動作温度、スケール組成、および以前のヒーターのスケール除去履歴が必要です。