Vandenyje ištirpusios chloro dujos (Cl₂) -dažnos dezinfekcijos sistemose, baseinuose ir komunalinio vandens valymo įrenginiuose-yra stiprus oksidatorius, kuris laikui bėgant atakuoja PFA paviršius. Skirtingai nuo hipochlorito tirpalų (baliklio), kurie greitai skaidosi, ištirpusios chloro dujos, esant tipinėms koncentracijoms (1–10 ppm), laipsniškai keičia paviršių. Po 1000 valandų nepertraukiamo poveikio 40 laipsnių temperatūroje (tipinė baseino temperatūra) su 5 ppm ištirpusio Cl2, PFA paviršiaus kietumas padidėja 5–10 Shore D vienetų (nuo 65–68 iki 70–75). Paviršius tampa trapesnis, trūkimo metu pailgėjimas sumažėja nuo 300% iki 150–200%. Kietumo padidėjimas apsiriboja išoriniu 50–150 µm sluoksniu; birios medžiagos lieka nepakitusios. Esant aukštesnei temperatūrai (60–80 laipsnių) arba didesnei chloro koncentracijai (20–50 ppm), poveikis paspartėja, o paviršius gali įtrūkti per 500 valandų.
Chloro atakos mechanizmas prieš PFA
Ištirpusios chloro dujos hidrolizuojasi vandenyje ir susidaro hipochloro rūgštis (HOCl) ir druskos rūgštis (HCl): Cl2 + H2O → HOCl + HCl. Tiek HOCl, tiek HCl yra agresyvūs. HOCl yra stiprus oksidatorius, kuris atitraukia vandenilio atomus iš PFA grandinės galų (nors PFA turi labai mažai vandenilių, yra keletas likusių -CF2H galinių grupių). Reakcija pakeičia fluorą deguonimi, todėl susidaro karbonilo fluorido (-COF) ir karboksilo (-COOH) grupės. Šios polinės grupės padidina paviršiaus energiją (nuo 18–20 mN/m iki 25–35 mN/m), o tai paradoksaliai sumažina sąlyčio su vandeniu kampą ir gali pagerinti drėkinamumą. Dar svarbiau, kad oksiduotas paviršiaus sluoksnis susijungia ir sukietėja. Kietumo padidėjimas koreliuoja su kristališkumo padidėjimu paviršiniame sluoksnyje (nuo 45% iki 55–60%), nes amorfiniai regionai pirmiausia puolami ir pertvarkomi.
Reakcija priklauso nuo temperatūros-. Esant 25 laipsniams, kietumas padidėja po 1000 valandų esant 5 ppm Cl₂ yra 2–4 Shore D vienetai. Esant 40 laipsnių, jis yra 5–10 vienetų. Prie 60 laipsnių jis yra 10–15 vienetų, atsiranda paviršinių mikroįtrūkimų. Esant 80 laipsnių temperatūrai, PFA 5 ppm chloro vandenyje sugenda per 200–500 valandų dėl didelio paviršiaus įtrūkimų ir trapumo. Dėl šios priežasties PFA šildytuvai chloro dezinfekcijos sistemose turi veikti žemesnėje nei 50 laipsnių temperatūroje.
Paviršiaus kietumas pasikeičia po 1000 valandų
| Chloro koncentracija (ppm) | Temperatūra ( laipsnis ) | Pradinis kietumas (Šoras D) | Kietumas po 1000 val. (D krantas) | Padidėjimas (D krantas) | Paviršiaus būklė | Pailgėjimas pertrūkio sulaikymo metu (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 (kontrolė) | 40 | 66 | 66 | 0 | Lygus, blizgus | 100% |
| 1 | 40 | 66 | 68–69 | 2–3 | Nedidelis pabrinkimas | 90–95% |
| 5 | 40 | 66 | 70–73 | 4–7 | Nuobodu, šiek tiek grubus | 70–80% |
| 10 | 40 | 66 | 72–75 | 6–9 | Nuobodus, matomas mikro{0}}šiurkštumas | 60–70% |
| 5 | 25 | 66 | 68–70 | 2–4 | Nedidelis pabrinkimas | 85–90% |
| 5 | 50 | 66 | 72–76 | 6–10 | Nuobodu, dailus pamišimas | 65–75% |
| 5 | 60 | 66 | 75–80 | 9–14 | Mikro įtrūkimai matomi 10× | 40–60% |
| 5 | 80 | 66 | N/A (nepavyko) | N/A | Paviršiaus įtrūkimai, trapumas | <20% |
| 20 | 40 | 66 | 74–78 | 8–12 | Pašėlęs, baltas paviršinis sluoksnis | 50–65% |
| 50 | 40 | 66 | 78–82 | 12–16 | Plyšimas, paviršiaus pudravimas | 30–50% |
Praktinės šildytuvo veikimo pasekmės
Baseino šildytuvų (25–30 laipsnių, 1–5 ppm Cl₂) kietumas po 1000 valandų padidėja nedaug (2–5 Shore D). Šildytuvas išlieka funkcionalus, o paviršiaus trapumas nesukelia įtrūkimų esant normaliam šiluminiam ciklui (ΔT=10–20 laipsnių). Numatomas tarnavimo laikas yra 5–10 metų. Komunalinių vandens dezinfekcijos sistemų, kuriose temperatūra siekia 40–50 laipsnių, kietumas tampa reikšmingas (5–10 krantas D). Šildytuvo paviršius tampa nuobodus ir mažiau lankstus. Šiluminis ciklas (kasdien įjungiamas/išjungiamas) po 2–3 metų gali sukelti smulkius paviršiaus įtrūkimus. Keisti rekomenduojama sulaukus 3–5 metų.
Pramoninei chloro dezinfekcijai aukštesnėje temperatūroje (50–80 laipsnių), PFA nerekomenduojama, nepaisant koncentracijos. Chloro ir aukštos temperatūros derinys sukelia greitą paviršiaus degradaciją, įtrūkimus ir galiausiai prasiskverbimą į metalinę šerdį. Alternatyvios medžiagos, skirtos naudoti aukštoje -temperatūroje, yra titanas (pasyvuoja chloro vandenyje) arba ECTFE (Halar), kurio atsparumas chlorui yra geresnis nei PFA.
Paviršiaus kietumo bandymas būklei įvertinti
Chlorui naudojamų PFA šildytuvų kasmetinis paviršiaus kietumo bandymas numato likusį eksploatavimo laiką. Naudokite nešiojamąjį Shore D durometrą (ASTM D2240). Išmatuokite trijose panardintos dalies vietose (apačioje, viduryje, viršuje). Kietumo padidėjimas 5–10 vienetų virš pradinės vertės (66–68) rodo vidutinį skilimą; šildytuvui greičiausiai liko 2–3 metai. Kietumo padidėjimas 10–15 vienetų rodo didelį degradaciją; rekomenduojama pakeisti per 12 mėnesių. Jei kietumas padidėja daugiau nei 15 vienetų arba matomas paviršiaus įtrūkimas, reikia nedelsiant pakeisti. Koreliacija tarp kietumo padidėjimo ir likusio tarnavimo laiko yra empirinė, bet patikima chloro{17}}pažeistos PFA atveju.
Šildytuvams, kurių kietumas jau padidėjo, jei įmanoma, sumažinkite darbinę temperatūrą. Kas 5 laipsniai sumažinimas sumažina degradacijos greitį (Arrhenius elgesys). Šildytuvo, veikiančio 50 laipsnių kampu su 10 vienetų kietumo padidėjimu, sumažinus iki 40 laipsnių, likęs tarnavimo laikas pailgėja nuo 2 metų iki 4 metų.
Išvada: kietumo padidėjimas 5–10 vienetų po 1000 valandų esant 40 laipsnių /5 ppm Cl₂
Po 1000 valandų veikimo ištirpusių chloro dujų (5 ppm) vandenyje 40 laipsnių temperatūroje PFA šildytuvo paviršiaus kietumas padidėja 5–10 Shore D vienetų (nuo 66–68 iki 70–75). Paviršius tampa trapus, trūkimo metu pailgėjimas sumažėja nuo 300% iki 70–80%. Degradacija apsiriboja išoriniu 50–150 µm sluoksniu ir iš karto nesukelia gedimo, tačiau sumažina šildytuvo atsparumą šiluminiam ciklui ir mechaniniam įtempimui. Įprastai baseino ir komunalinio vandens dezinfekcijai (25–40 laipsnių, 1–5 ppm) PFA šildytuvai tinka 5–10 metų. Pramoniniams tikslams virš 50 laipsnių, PFA nerekomenduojama. Kasmetinis Shore D kietumo bandymas yra paprastas,{27}}neardomas metodas, leidžiantis įvertinti degradaciją ir numatyti pakeitimo laiką. Jei kietumas padidėja daugiau nei 15 vienetų arba matomas paviršiaus įtrūkimas, reikia nedelsiant pakeisti šildytuvą. Stebėkite kietumą, reguliuokite temperatūrą ir pakeiskite prieš gedimą. Chloras ir aukšta temperatūra yra PFA priešai; valdykite abu, ir jūsų šildytuvas tarnaus.
