Mikro-hrozba varu
Bezproudové niklové lázně fungují při 85-92 stupních – v rozmezí 10–15 stupňů jejich bodu varu. Lázeň obsahuje jako redukční činidlo fosfornan sodný, který je termodynamicky nestabilní. Lokální přehřátí může spustit rychlou rozkladnou reakci, která během několika minut promění celou lázeň v černý niklový kal. Cena jednoho rozkladu přesahuje 35 000 USD pouze v chemikáliích.
Nejčastějším spouštěčem rozkladu je mikro-vaření na povrchu výměníku tepla. Když teplota stěny trubky překročí místní bod varu roztoku, na povrchu se vytvoří zárodečné bublinky. Každé zhroucení bubliny vytvoří lokalizované horké místo, kde teplota vyskočí nad teplotu kapaliny. Fosfornan na těchto horkých místech podléhá rychlé oxidaci, která iniciuje kaskádu autokatalytického rozkladu.
Kovové ponorné ohřívače s teplotou stěny 95-110 stupňů při 3 barg páry fungují nad bodem varu roztoku EN. Mikro-var je na povrchu nepřetržitý. Lázeň přežívá jen díky tomu, že stabilizační přísady neustále inhibují rozkladnou reakci v místech tvorby zárodků bublin. Když koncentrace stabilizátoru klesne-v důsledku vytahování-, v důsledku tepelné degradace na horkém povrchu nebo v důsledku nedostatečného doplňování – lázeň se rozkládá.
PTFE teplotní výhoda
Tepelný výměník z PTFE pracuje s teplotou vnější stěny o 20-30 stupňů nižší než kovový ekvivalent při stejném tlaku páry. Tepelný odpor stěny PTFE trubice způsobuje významný pokles teploty mezi vnitřní teplotou páry (143 stupňů při 3 barg) a vnějším povrchem, který je v kontaktu s lázní. Teplota vnější stěny je přibližně 65-80 stupňů - hluboko pod bodem varu roztoku EN.
Pod bodem varu se netvoří žádné bublinky páry. Nedochází ke kolapsu bubliny. Nevytvářejí se žádná lokalizovaná horká místa. Celý povrch trubice předává teplo přirozenou konvekcí a vedením bez změny fáze na rozhraní pevná látka-kapalina. Tepelný tok je po povrchu trubky rovnoměrný. Fosfornan je vystaven teplotě lázně, nikoli zvýšené teplotě stěny kovového ohřívače.
| Parametr varu | Topení z nerezové oceli (3 barg) | Titanový ohřívač (3 barg) | PTFE výměník tepla (3 barg) |
|---|---|---|---|
| Vnitřní teplota páry (stupně) | 143 | 143 | 143 |
| Teplota vnější stěny ( ve stupních ) | 95-110 | 98-112 | 65-80 |
| EN bod varu lázně ( stupeň ) | ~103 (atmosférický) | ~103 | ~103 |
| Mikro-vroucí se na povrchu? | Ano (teplota stěny se blíží nebo překračuje bod varu) | Ano | Ne (teplota stěny hluboko pod bodem varu) |
| Lokalizovaná tvorba horkých míst | Ano (stránky se sbalením bublin) | Ano | Žádný |
| Riziko spouštění rozkladu | Střední-Vysoká | Střední-Vysoká | Velmi nízká |
Zachování stabilizátoru
Kovové povrchy topných těles nejen spouštějí mikro-vaření-, ale také spotřebovávají stabilizátor. Povrch oxidu kovu katalyzuje oxidaci stabilizátorových sloučenin a snižuje místní koncentraci stabilizátoru přesně tam, kde je to nejvíce potřeba-na povrchu přenosu tepla, kde dochází k varu. Kombinace vyčerpání stabilizátoru a mikro-varu vytváří podmínky pro iniciaci rozkladu.
PTFE není-katalytický. Fluoropolymerový povrch nespotřebovává stabilizátor. Koncentrace stabilizátoru na povrchu trubky je stejná jako v lázni. Plný ochranný účinek stabilizátoru je k dispozici na teplosměnné ploše. I když porucha procesu způsobí, že se teplota lázně přiblíží k varu, přítomnost neochuzeného stabilizátoru na povrchu PTFE poskytuje rezervu proti rozkladu, kterou kovový ohřívač nemůže nabídnout.
Provozní bezpečnostní rezerva
Operátoři bezproudového niklu používající kovové ohřívače žijí s úzkou bezpečnostní rezervou. Výchylka tlaku páry, chyba přidání stabilizátoru nebo období nízkého obratu lázně mohou způsobit rozklad systému. Tepelný výměník z PTFE toto rozpětí rozšiřuje. Nižší teplota stěny a ne-katalytický povrch poskytují přirozenou bezpečnost-lázně je dále od svého prahu rozkladu a stabilizátor je účinnější na povrchu pro přenos tepla.
Shrnutí
Tepelný výměník z PTFE zabraňuje lokalizovanému mikro-varu v bezproudových niklových lázních tím, že udržuje teplotu vnější stěny (65-80 stupňů) hluboko pod bodem varu roztoku. Nekatalytický PTFE povrch zachovává koncentraci stabilizátoru na rozhraní přenosu tepla. Eliminace mikrovaru a vyčerpání stabilizátoru odstraňuje primární spouštěč katastrofálního rozkladu lázně a poskytuje provozní bezpečnostní rezervu, které se kovové ohřívače nemohou rovnat.
Technická podpora pro specifikaci výměníku tepla PTFE v bezproudových niklových a jiných autokatalytických lázních citlivých na teplotu-je k dispozici po předložení chemie lázně, provozní teploty, tlaku páry a jakékoli historie rozkladných událostí.
