Degradacijos laikrodis
Kiekvienas polimerinis šilumokaitis, veikiantis aukštesnėje temperatūroje, degraduoja. Skilimas gali būti nepastebimai lėtas-PTFE 120 laipsnių kampu per dešimtmetį praranda nereikšmingas mechanines savybes. Arba jis gali būti komerciškai greitas-polipropilenas, kurio 100 laipsnių kampu sutrupėja per kelis mėnesius.
Degradacijos greitis lemia pakeitimo dažnumą. Keitimo dažnis, padaugintas iš kiekvieno pakeitimo įvykio kainos, dominuoja ilgalaikėje{1}}nuosavybės sąnaudoje. Polimeras, kurio pirkimo kaina yra perpus mažesnė, bet keitimo dažnis penkis kartus didesnis, yra brangesnis, o ne pigesnis.
PTFE, PVDF ir polipropileno terminio skilimo mechanizmų ir greičio supratimas pramoninio šildymo sistemoje leidžia tiksliai prognozuoti gyvavimo ciklo sąnaudas prieš pasirenkant įrangą.
Šiluminio skilimo mechanizmai
Terminis polimerų skilimas vyksta dėl grandinės trūkimo{0}}molekulinių ryšių nutrūkimo veikiant šiluminei energijai. Greitis priklauso nuo jungties disociacijos energijos ir temperatūros. Anglies-fluoro ryšiams PTFE nutrūkti reikia maždaug 485 kJ/mol. Anglies-vandenilinėms jungtims polipropilene reikia maždaug 410 kJ/mol. Anglies-fluoro jungtys PVDF yra panašios į PTFE, tačiau kintamoji -CH₂-CF₂- struktūra sukuria silpnesnes grandis, pažeidžiamas dehidrofluorinimo aukštesnėje temperatūroje.
Ore oksidacinis skilimas pagreitina skilimą. Deguonis atakuoja polimerų grandines defektų vietose, sukurdamas karbonilo ir karboksilo grupes, kurios dar labiau susilpnina struktūrą. PTFE iš esmės yra atsparus oksidaciniam skaidymui, nes anglies stuburas yra visiškai apsaugotas fluoro atomų. PVDF ir polipropilenas palaipsniui oksiduojasi aukštesnėje temperatūroje.
Cheminėje tarnyboje proceso skystis sujungia šiluminį poveikį. Karštos rūgštys hidrolizuoja polimerų grandines. Karšti šarmai atakuoja PVDF dehidrofluorindami. Bendras terminio -cheminio skilimo greitis viršija tik šiluminį- greitį, išmatuotą ore.
1 lentelė. Terminis skilimas ir pakeitimo sąnaudų palyginimas (nuolatinis veikimas 110 laipsnių kampu)
| Parametras | Polipropilenas (PP) | PVDF | PTFE |
|---|---|---|---|
| Terminio skilimo pradžios temperatūra | 80-90 laipsnių | 120-140 laipsnių | 260 laipsnių + |
| Praktinis tarnavimo laikas 110 laipsnių kampu | 3-8 mėn | 2-4 metai | 10+ metų |
| Degradacijos mechanizmas 110 laipsnių kampu | Grandinės kirpimas + oksidacija | Dehidrofluorinimas + oksidacija | Nė vienas neišmatuojamas |
| Tempimo stiprio išlaikymas po 1 metų 110 laipsnių kampu | <20% | 60-70% | >95% |
| Pakeitimai virš 10 metų | 15-30 | 2-5 | 0-1 |
| Vieneto pirkimo kaina (santykinė) | 0.3× | 0.6× | 1.0× |
| Montavimo kaina vienam renginiui | 0.5× | 0.7× | 1.0× |
| Iš viso 10 metų įranga + montavimo kaina | 5-9× | 1.8-4.0× | 1.0-2.0× |
| Prastovos kaina už pakeitimą | Gamybos nuostoliai vienam renginiui | Tas pats | Beveik niekada nepasitaiko |
| Bendrų gyvavimo ciklo išlaidų reitingas | Aukščiausias | Vidurio | Žemiausias |
Pakeitimo sąnaudų daugiklio efektas
Keitimo dažnis padidina sąnaudas daug daugiau nei pirkimo kainos skirtumas. Kiekvienas pakeitimo įvykis apima ne tik naujos įrangos išlaidas, bet ir montavimo darbus, gamybos prastovą ir sugedusio įrenginio utilizavimą.
110 laipsnių polipropileno šilumokaitis sugenda kas 4-6 mėnesius. Per 10 metų objektas nuperka 20-25 pakaitinius vienetus. Kiekvienas pakeitimas reikalauja 4–6 valandų prastovos. Suminė prastovos trukmė – 100–150 valandų per 10 metų – reiškia didelius gamybos nuostolius. Bendra gyvavimo ciklo kaina yra 5–9 kartus didesnė už pradinę pirkimo kainą, todėl polipropilenas yra brangiausias pasirinkimas, nepaisant mažiausios vieneto kainos.
Tos pačios temperatūros PVDF šilumokaitis tarnauja 2–4 metus, kol dėl didelio trapumo reikia jį pakeisti. Per 10 metų įvyksta 2-4 pakeitimai. Gyvenimo ciklo kaina yra 1,8–4,0 karto didesnė už pradinę pirkimo kainą.
PTFE šilumokaitis, esant 110 laipsnių kampui, nepatiria jokio išmatuojamo terminio skilimo. Tarnavimo laikas viršija 10 metų. Pakeitimo įvykiai yra nulis arba vienas (jei atsiranda mechaninių pažeidimų). Gyvenimo ciklo kaina yra 1,0 -2,0 karto didesnė už pradinę pirkimo kainą – palyginama arba mažesnė nei PVDF ir daug mažesnė nei polipropileno.
Paslaugos metų kaina
Aiškiausia palyginimo metrika yra metinė kaina: visos gyvavimo ciklo išlaidos, padalytos iš tarnybos metų. PTFE šilumokaitis, kainuojantis 8 000 USD ir 12 -metų tarnavimo laikas, kainuoja 667 USD per metus. PVDF vienetas, kainuojantis 4800 USD su 3 metų tarnavimo laiku, kainuoja 1600 USD per metus, pridėjus eksploatacinę naštą, kurią reikia keisti kas trejus metus. 2 400 USD kainuojantis polipropileno agregatas, kurio tarnavimo laikas yra 6 mėnesiai, kainuoja 4 800 USD per metus, plius eksploatavimo chaosas dėl pusmetinio gedimo.
Santrauka
Konkurencingų polimerų terminio skilimo greitis labai įtakoja keitimo dažnį ir ilgalaikę{0}}kašą. Polipropilenas greitai suyra virš 90 laipsnių, todėl jį reikia nepraktiškai dažnai keisti. PVDF siūlo vidutinį našumą 110 laipsnių kampu ir 2–4 metų tarnavimo laiką. PTFE nepatiria jokio išmatuojamo terminio skilimo esant normaliai pramoninio šildymo temperatūrai, todėl jo gyvavimo ciklo kaina yra mažiausia, nepaisant didesnės pradinės pirkimo kainos.
Paslaugų analizės-per-metus--kaina yra palanki PTFE, kai naudojama aukštesnė nei 100 laipsnių. Mažesnių{6}}kaištų polimerų pirkimo kainos pranašumas išnaudojamas keičiant dažnumą per pirmuosius 2–3 eksploatavimo metus.
Inžinerinė analizė polimero šilumokaičio gyvavimo ciklo sąnaudų palyginimui konkrečiomis temperatūros ir cheminėmis sąlygomis galima pateikus darbinės temperatūros profilį, proceso chemiją, dabartinius keitimo dažnio duomenis ir prastovų sąnaudų sąmatas.
