Surūdijusio metalo šilumokaitį pakeisti kietu fluorpolimeru arba egzotinio lydinio bloku yra brangu. Pažangios dengimo technologijos siūlo trečią kelią: įprasto metalo šilumokaičio vidinių paviršių užtepimas plonu, chemiškai atspariu barjeru, žymiai prailgindamas jo tarnavimo laiką, taikant tik dalį pakeitimo išlaidų. Paviršių inžinerijos srityje naujos kartospažangios korozijai atsparios dangos šilumokaitisatsiranda sistemų,{0}}įskaitant purškiamus fluoropolimerus, nanokompozitines dangas ir cheminio nusodinimo garais (CVD) dangas. Šios technologijos leidžia metaliniams šilumokaičiams atlaikyti agresyvią cheminę aplinką, išlaikant mechaninį stiprumą ir šilumines savybes.
Fluoropolimero purškimo pamušalai: PTFE{0}}kaip apsauga ant metalinių substratų
Fluoropolimeriniai purškimo įdėklai yra brandi, bet nuolat tobulinama šilumokaičio paviršių apsaugos technologija. PFA, ETFE, ECTFE ir PVDF milteliai elektrostatiniu būdu purškiami ant metalinių pagrindų ir sulydomi į vientisą sluoksnį be skylučių. Taikymo procesas apima pagrindo kaitinimą, elektrostatinį fluoropolimero miltelių purškimą ir kartojimą, kad susidarytų norimas sluoksnio storis -paprastai iki 1000 mikronų.-14
Šios dangos užtikrina PTFE{0}}panašų atsparumą korozijai, kartu padidindamos pagrindinio metalinio korpuso mechaninį stiprumą. Individualūs pamušalai gaminami iš sunkiųjų fluoropolimerų lakštų, skirtų naudoti sunkiose chemijos srityse iki 230 laipsnių, o storis svyruoja nuo 1,5 mm iki 4,7 mm.-15 Dangos medžiagos -įskaitant PTFE, PVDF, ETFE, ECTFE, PFA ir FEP parenkamos pagal proceso chemiją1 ir temperatūros reikalavimus4.
Svarbus patobulinimas yra bake{0}}tipo fluoropolimerinis pamušalas (pvz., NFX-2700), taikomas visoms kelių vamzdžių šilumokaičių skysčių ir dujų sąlyčio vietoms. Tokios dangos leidžia įrangai atlaikyti visišką vakuumą esant aplinkos temperatūrai nuo iki 800 laipsnių, priklausomai nuo konkrečios fluoropolimerų sistemos.
Pagrindiniai fluoropolimero purškimo įdėklų pranašumai yra šie:
Beveik{0}}universalus cheminis atsparumas, panašus į kieto fluoropolimero keitiklius
Metalinio pagrindo slėgio ir mechaninio stiprumo išlaikymas
Galimybė modifikuoti esamus šilumokaičius, o ne juos visiškai pakeisti
Nelipnus-, lygaus paviršiaus apdaila, atspari nešvarumams ir palengvinanti valymą
Tačiau šios dangos gali būti pažeistos dėl terminio ciklo, jei šiluminio plėtimosi koeficientas labai skiriasi nuo metalinio pagrindo, o skylės arba dangos defektai gali sukelti koroziją, jei jos netinkamai naudojamos ir nepatikrintos.
Nanokompozitinės dangos: patobulinta nanodalelių{0}} apsauga
Daug žadanti korozijai{0}}atsparių dangų plėtra yra nanokompozitinių medžiagų-polimerų arba keraminių matricų, įlietų nanodalelėmis, naudojimas siekiant sukurti tankias, labai sukimbančias kliūtis, padidinančias atsparumą korozijai ir dilimui. Nanokompozitinės dangos išnaudoja unikalias nanodalelių (dažniausiai 10–100 nm skersmens) savybes, kad užpildytų tuštumus, sukurtų vingiuotus difuzijos kelius ir pagerintų mechanines savybes, daugiau nei gali pasiekti įprastos dangos.
Nanokompozicinis apdorojimas naftos perdirbimo gamyklų katilams
Pasikartojantis kūrimo procesas buvo naudojamas siekiant nustatyti ir susintetinti polimero nanokompozito paviršiaus apdorojimą, specialiai sukurtą apsaugoti nuo korozijos, kurią sukelia chlorido ir sulfido druskų kaupimasis distiliavimo katiluose.-20-21 Taikant standartinius purškimo metodus, šis ne-fluorintų medžiagų apdorojimas parodė cheminį atsparumą, atsparumą {{com-4} dideli rūgščių ir bazių tirpalai bei atsparumas korozijai, patvirtintas ASTM B117 bandymu.-20-21 Suderinama iki 350 laipsnių, medžiaga gali padvigubinti reboilerinės sistemos tarnavimo laiką, remiantis panašių medžiagų panaudojimu lauke.-20-21
Ni-Al₂O₃ ir Ni-SiO₂ nanokompozitinės dangos
Tyrimai ištyrė Ni{0}}Al₂O3 nanokompozitinių dangų poveikį 316 nerūdijančio plieno plokštelinių šilumokaičių korozijai, atsparumui dilimui ir šilumos laidumui. Sukurtos galvanizavimo būdu vatų vonioje su 10, 20 ir 30 g/l Al2O3 nanodalelių koncentracijomis, šios dangos žymiai pagerino veikimą.{7}}22 Ni-Al2O₃ nanokompozitas su 30 g/l armatūros koncentracija buvo atsparesnis dėvėjimuisi iki 5 % korozijos. didesnis nei nepadengtas 316 nerūdijantis plienas, o trinties koeficientas iki 10 % mažesnis.-22 Mikrokietumas buvo išmatuotas daugiau nei tris kartus didesnis nei 316 nerūdijančio plieno visose armatūros koncentracijose, o po sukibimo bandymo nepastebėta pleiskanų ar lupimo.-22
Panašiai buvo ištirtos Ni-SiO₂ nanokompozitinės dangos, skirtos 316 nerūdijančio plieno šilumokaičių, pratęsiančių tarnavimo laiką korozinėje aplinkoje.{2}} Beelektrinės Ni-P-SiO₂ kompozitinės dangos pasižymi puikiomis apsaugos nuo užsiteršimo savybėmis ir puikiu atsparumu korozijai, o padengti vamzdeliai, padengti nepadengtais paviršiais, žymiai sumažina nešvarumus.
Naujos nanokompozito naujovės
Naujausios naujovės apima naują daugiafunkcinę sudėtinę dūmų masės % H₂SO₄ esant 140 laipsnių kampui, atsparumas korozijai padidėjo daugiau nei dviem dydžiais.-1 Šilumos laidumas padidėjo 13–16%, o konvekcinės kondensacijos šilumos perdavimo koeficientas buvo 1,7–1,9 karto didesnis nei kondensacijos plėvelėje.-1
Kitas laimėjimas susijęs su „augimo -tipo“ nanokompozito danga, kuri per cheminę reakciją ant metalinio pagrindo paviršiaus sudaro tankų neorganinį tinklinį polimero sluoksnį, sukuriantį cheminį sukibimą, o ne fizinį sukibimą.-59 Šios dangos atsparumas neutraliam druskos purškimui viršija 20 000 val. 6H ir savaiminio-gijimo galimybė – automatiškai ištaiso pažeistus mikroįtrūkimus.-59
CVD dangos: itin-plonos, konformalios apsaugos
Cheminio nusodinimo iš garų (CVD) dangos pasižymi itin plonomis, konforminėmis kliūtimis, kurios užtikrina itin didelį atsparumą korozijai, nepakenkiant šilumos perdavimo efektyvumui. Patentuotos „SilcoTek“ CVD dangos yra molekuliškai sujungtos su pagrindu, užkertant kelią pleiskanojimui ar sluoksniuotumui veikiant terminiam ciklui, ir yra dedamos be matymo linijos, tolygiai padengdamos net sudėtingas geometrijas ir ilgus vamzdžius.-29–30 Dangos yra labai plonos arba nelygios (Less µm). perdavimo efektyvumas.-29
Dangos našumo duomenys
CVD{0}}dengtos dangos, pvz., Dursan, Silcolloy ir Siltride, padeda kovoti su korozija, užsiteršimu, koksavimu ir užteršimu išsaugant šilumines charakteristikas. – Konkrečios našumo metrikos apima:
Dursanas: sumažinta korozija 6M HCl nuo 160 mpy iki maždaug 1 mpy; padvigubino nerūdijančio plieno atsparumą dilimui ir išliko pakankamai plonas, kad išlaikytų puikų šilumos perdavimą; Dursan-dengto aliuminio slėgio kritimo efektyvumas pagerėjo 74 % atliekant nuosėdų susidarymo bandymus su sintetiniu jūros vandeniu.-29-30
Silcolloy 2000: Atlaiko iki 800 laipsnių ir pasižymi puikiu atsparumu rūgščioje, aukštos temperatūros aplinkoje; bandymai rodo 9 kartus mažiau koksavimo ant padengto nerūdijančio plieno 500 laipsnių kampu, palyginti su nepadengtu plienu.-29
Siltride 1000: Suteikia tvirčiausią apsaugą nuo stiprių rūgščių ir agresyvių cheminių medžiagų.-29
Nepriklausomas Elektros energijos tyrimų instituto (EPRI) ir JAV Energetikos departamento patvirtinimas įvertino devynias titano kondensatoriaus vamzdžių dengimo technologijas, o SilcoTek Dursan ir Notak 2000 suteikė puikų šilumos laidumo ir sukibimo įvertinimą.-30
CVD dangos pasirinkimo vadovas
| CVD danga | Geriausias | Pagrindinės savybės |
|---|---|---|
| Dursanas | Platus cheminis atsparumas (pH 0–14), atsparumas užsiteršimui | Biopharma{0}}patvirtinta, NSF, USP VI klasė |
| Silcolloy 2000 | Aukštos{0}}temperatūros stabilumas | Atsparus iki 800 laipsnių, atsparumas korozijai esant pH 0-8 |
| Siltride 1000 | Stiprios rūgštys ir agresyvios cheminės medžiagos | Tvirčiausia apsauga |
Duomenų šaltiniai: SilcoTek-29
Naujų dengimo technologijų privalumai ir apribojimai
Šios pažangios dangos turi keletą įtikinamų pranašumų, palyginti su kietaisiais fluoropolimerais ir egzotiniais metalų lydiniais:
Mažesnė kaina nei kietos egzotinės medžiagos: Įprasto metalo šilumokaičio padengimas paprastai sudaro dalį šilumokaičio gamybos iš tantalo, cirkonio arba daug {0}nikelio lydinių.
Galimybė modifikuoti esamus šilumokaičius: Daugelį dengimo technologijų galima pritaikyti vietoje, pratęsiant esamos įrangos tarnavimo laiką nekeičiant.
Metalo mechaninio stiprumo ir šilumos laidumo išlaikymas: Skirtingai nuo kieto fluoropolimero šilumokaičių, dengti metaliniai šilumokaičiai išlaiko aukštą slėgį ir efektyvų šilumos perdavimą.
Sumažėjusi techninė priežiūra ir prastovos laikas: Užteršimui{0}}atsparios dangos neleidžia kauptis nuosėdoms, sumažina valymo dažnumą ir su tuo susijusias prastovos trukmę.-56
Tačiau apribojimai išlieka:
Šiluminio dviračio pažeidimai: Diferencinis plėtimasis tarp dangos ir pagrindo gali sukelti įtrūkimus arba delaminaciją, kai greitai keičiasi temperatūra.
Jautrumas mechaniniam pažeidimui: Dangas gali pažeisti mechaninis poveikis, abrazyvinės dalelės arba netinkami valymo metodai.
Pinhole rizika: Maži dangos defektai gali paveikti pagrindinį metalą nuo korozijos, todėl greitai nupjaunama ir vietinis gedimas.
Labai svarbu tinkamai paruošti paviršių: Dangos sukibimui būtinas valymas smėlio pūtimu ir kruopštus valymas. Prastas paviršiaus paruošimas yra pagrindinė priešlaikinio dangos gedimo priežastis.
Dangos palyginimo lentelė
| Dengimo technologija | Tipiškas storis | Maksimali temperatūra | Cheminis Atsparumas | Pagrindinis privalumas | Santykinis mokestis (1=mažiausias) |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluoropolimero purškiamas pamušalas (PFA/ETFE) | 0,5–1,5 mm (iki 1000 µm)-14 | 230 laipsnių (aukštesnis specialybės pažymiams)-15 | Puikus (beveik{0}}universalus, išskyrus HF, karštas šarmas) | Subrendusi technologija, platus cheminis suderinamumas | 2–4 |
| Nanokompozitas (polimeras / keramika) | 150–200 µm-50 | 350 laipsnių + (iki 1600 laipsnių pagal specialybę)-20-59 | Labai geras (platus asortimentas, galimos ne{0}}fluorintos parinktys) | Atsparumas aukštai temperatūrai, savaime{0}}gyja | 3–5 |
| CVD (silicio{0}}pagrindas) | Mažesnis arba lygus 2 µm – 29 | 800 laipsnių (Silcolloy 2000)-29 | Puikus (pH 0–14 Dursan) -29 | Itin-plonas, konformiškas, be terminio poveikio | 4–6 |
Pastaba: Kainos kartotiniai yra apytiksliai ir labai skiriasi priklausomai nuo dangos medžiagos, pagrindo dydžio ir taikymo sudėtingumo.
Taikymo gairės
Tinkamos dengimo technologijos pasirinkimas turėtų būti pagrįstas konkrečiomis proceso sąlygomis:
Pasirinkite purškiamus fluoropolimerinius pamušaluskai reikalingas platus cheminis suderinamumas esant vidutinei temperatūrai (iki ~230 laipsnių) ir ant pagrindo gali būti storesnės dangos. Jie puikiai tinka-cheminiam apdorojimui, farmacijai ir puslaidininkiams, kur reikia vengti užteršimo.-14
Rinkitės nanokompozitines dangaskai reikalinga aukštesnė temperatūros tolerancija (350 laipsnių +), atsparumas dilimui arba ne-fluorinta chemija. Jie ypač veiksmingi naftos perdirbimo gamyklų katiluose, geoterminėje aplinkoje ir aukštos-temperatūros dūmų sistemoms.-20-21
Pasirinkite CVD dangaskai reikia itin plonos, konforminės apsaugos, nepakenkiant šilumos perdavimo efektyvumui,-ypač sudėtingos geometrijos, ilgų vamzdžių ryšulių ir ypatingo grynumo reikalaujančiose srityse (puslaidininkių, farmacijos).-29-30
Išvada
Pažangios dangos prailgina metalinių šilumokaičių tarnavimo laiką korozijos srityje ir siūlo ekonomišką{0}}visiško medžiagų atnaujinimo alternatyvą. Fluoropolimeriniai purškimo įdėklai užtikrina PTFE{2}}panašų cheminį atsparumą metaliniams pagrindams. Nanokompozitinės dangos užtikrina didesnį šiluminį stabilumą, atsparumą dilimui ir netgi savaime{4}}gyjančias savybes. CVD dangos sukuria itin plonas, molekuliniu būdu sujungtas kliūtis, kurios išsaugo šilumos perdavimo efektyvumą ir yra atsparios korozijai, užsiteršimui ir koksavimui. Danga turėtų būti parinkta atsižvelgiant į konkrečias proceso sąlygas-temperatūrą, cheminę aplinką, mechaninius reikalavimus ir numatomą tarnavimo laiką-atsižvelgiant į paviršiaus paruošimą ir padengimo kokybę. Tobulėjant šioms technologijoms, dengti metaliniai šilumokaičiai vis dažniau pakeis ir nepadengtus lydinius, ir kietus fluoropolimerus įvairiose ėsdinančiose pramonės srityse.
