ในน้ำเกลือโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 20% ที่อุณหภูมิ 60–90 องศา เครื่องทำความร้อน PFA ทำงานล้มเหลวเร็วกว่าน้ำจืด 3 เท่าภายใต้ความหนาแน่นวัตต์เท่ากัน (เช่น 3 วัตต์/ซม.²) กลไกหลักไม่ใช่การโจมตีทางเคมีต่อเกลือ PFA - ไม่ทำปฏิกิริยากับฟลูออโรโพลีเมอร์ - แต่เร่งการซึมผ่านและการกัดกร่อนจากเกลือ-ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ เกลือจะเพิ่มแรงตึงผิวของน้ำ ลดการเปียกของพื้นผิว PFA ฟองอากาศเกาะติดนานขึ้นทำให้เกิดจุดร้อนในท้องถิ่น เกลือยังช่วยเพิ่มการนำไอออนิก ดังนั้นเมื่อ PFA พัฒนารอยแตกขนาดเล็กในที่สุด กระแสรั่วไหลก็จะสูงขึ้น และการกัดกร่อนของแกนโลหะก็จะเร็วขึ้น (การเกิดรูพรุนของคลอไรด์) สิ่งสำคัญที่สุดคือ เกลือจะเพิ่มจุดเดือดให้สูงขึ้น ดังนั้นความหนาแน่นของวัตต์เท่ากันทำให้เกิดการเดือดในน้ำเกลือที่รุนแรงกว่าในน้ำจืด ทำลาย PFA ผ่านโพรงอากาศและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน การรวมกันของผลกระทบเหล่านี้จะช่วยลดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนจาก 10,000–15,000 ชั่วโมงในน้ำจืด เหลือ 3,000–5,000 ชั่วโมงในน้ำเกลือ 20% ที่ 80 องศา
กลไก: การยกระดับจุดเดือดและความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น
ที่ความดันบรรยากาศ น้ำจืดจะเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศา เครื่องทำความร้อน PFA ที่ 3 วัตต์/ซม.² ในน้ำจืดมีอุณหภูมิพื้นผิว 105–110 องศา - การเดือดแบบอ่อนโยนและเสถียร ในน้ำเกลือ NaCl 20% จุดเดือดจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 105 องศา ที่ 1 บาร์ เครื่องทำความร้อนแบบเดียวกันที่ 3 วัตต์/ซม.² ขณะนี้มีอุณหภูมิพื้นผิว 115–120 องศา - สูงกว่า ΔT 10 องศา ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในน้ำเกลือลดลง 20–30% เนื่องจากความหนืดและแรงตึงผิวที่สูงขึ้นจะยับยั้งการเกิดนิวเคลียสของฟอง PFA ทำงานร้อนขึ้น และเร่งการย่อยสลาย (การซึมผ่านเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 10–15 องศา) พื้นผิวที่ร้อนกว่ายังส่งเสริมให้เกิดการตกผลึกของเกลือ (การปรับขนาด) ซึ่งเป็นฉนวนป้องกันเครื่องทำความร้อนเพิ่มเติม
การเปรียบเทียบอายุการใช้งานเครื่องทำความร้อน: น้ำจืดเทียบกับน้ำเกลือ . 20% (80 องศา , 3 วัตต์/ซม.² ผนัง 2 มม.)
| พารามิเตอร์ | น้ำจืด | น้ำเกลือ NaCl 20% | ความแตกต่าง |
|---|---|---|---|
| จุดเดือดที่ 1 บาร์ | 100 องศา | 105 องศา | +5 องศา |
| อุณหภูมิพื้นผิว PFA ที่ 3 วัตต์/ซม.² | 105–110 องศา | 115–120 องศา | +10 องศา |
| ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน h (W/m²·K) | 800–1,200 | 600–900 | –25% |
| ความเสถียรของการเดือดของนิวเคลียส | มั่นคง | ไม่ต่อเนื่อง (การยึดเกาะของฟอง) | แย่ลง |
| แนวโน้มการปรับขนาดเกลือ | ไม่มี | ปานกลาง (ฝากสีขาว) | ปัญหา |
| อัตราการซึมผ่านของน้ำ (สัมพัทธ์) | 1.0x | 2.0–2.5x | เร็วขึ้น |
| ระยะเวลาในการกัดกร่อนแกนกลาง (ชั่วโมง) | 10,000–15,000 | 3,000–5,000 | เร็วขึ้น 3 เท่า |
| โหมดความล้มเหลว | ผอมบางสม่ำเสมอ | หลุม + สเกล + การแตกร้าว | ผสม |
เหตุใดคลอไรด์จึงเร่งการกัดกร่อนแกนกลางหลังการเจาะเปลือก
เมื่อเปลือก PFA เกิดรอยแตกขนาดเล็กหรือรูเข็มในที่สุด (หลังจาก 3,000–5,000 ชั่วโมง) น้ำเกลือจะสัมผัสกับแกนโลหะ (อินคอลอยย์หรือไทเทเนียม) คลอไรด์ไอออน (Cl⁻) มีฤทธิ์รุนแรงต่อโลหะส่วนใหญ่ Incoloy 825 ทนต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มในสารละลายคลอไรด์ร้อน ไทเทเนียมมีความทนทานมากกว่าแต่ไม่มีภูมิคุ้มกัน (การกัดกร่อนของรอยแยกที่อุณหภูมิสูง) แกนโลหะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดคลอไรด์ของโลหะที่ขยายตัวและแตก PFA ออกไปอีก ทำให้เกิดความผิดปกติของกราวด์ ในน้ำจืด การละเมิดเดียวกันจะทำให้การกัดกร่อนช้าลง (สัปดาห์ถึงเดือน) ในน้ำเกลือ ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่วันหรือหลายสัปดาห์
ความแตกต่างของทรัพย์สินทางกายภาพ
| คุณสมบัติที่ 80 องศา | น้ำจืด | โซเดียมคลอไรด์ 20% | ผลกระทบต่อเครื่องทำความร้อน |
|---|---|---|---|
| ความหนืด (cP) | 0.35 | 0.45–0.50 | h ต่ำกว่า อุณหภูมิพื้นผิวสูงขึ้น |
| แรงตึงผิว (mN/m) | 62 | 72–75 | ฟองสบู่เกาะจุดร้อน |
| การนำความร้อน (W/m·K) | 0.67 | 0.58–0.62 | ลดลงเล็กน้อย h |
| ความร้อนจำเพาะ (J/kg·K) | 4,200 | 3,400 | อุณหภูมิที่สูงขึ้นต่อกิโลวัตต์ |
| จุดเดือด ( องศา ) | 100 | 105 | อุณหภูมิพื้นผิวที่สูงขึ้น |
| ค่าการนำไฟฟ้า (µS/cm) | 50 | 200,000 | กระแสรั่วไหลที่สูงขึ้นหลังจากการฝ่าฝืน |
การบรรเทาผลกระทบจากการให้บริการน้ำเกลือ
วิธียืดอายุเครื่องทำความร้อน PFA ในน้ำเกลือ 20%:
ลดความหนาแน่นของวัตต์จาก 3 วัตต์/ซม.² ถึง 2 วัตต์/ซม.² ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิพื้นผิวลงเหลือ 100–105 องศา (ต่ำกว่าจุดเดือดของน้ำเกลือ) กำจัดจุดเดือด
ใช้ PFA ที่หนาขึ้น(ผนัง 3 มม.) เพื่อให้มีวัสดุซึมผ่านและกำจัดตะกรันได้มากขึ้น
เพิ่มปั๊มหมุนเวียน to increase flow velocity (>0.5 ม./วินาที) เพื่อกวาดฟองอากาศและป้องกันการเกาะติดของตะกรัน
ใช้แกนไทเทเนียม(ไม่ใช่ Incoloy) เพื่อต้านทานการแตกเป็นรูของคลอไรด์หลังปลอกขาด
ติดตั้งตัวยับยั้งตะกรัน(โพลีฟอสเฟต) หรือการทำความสะอาดกรดเป็นระยะเพื่อขจัดคราบเกลือ
ตัวอย่างภาคสนาม
โรงงานแปรรูปอาหารทะเลแห่งหนึ่งใช้เครื่องทำความร้อน PFA ในน้ำเกลือ 20% ที่อุณหภูมิ 75 องศา เครื่องทำความร้อนไม่ทำงานทุกๆ 8–10 เดือน (2,500 ชั่วโมง) โรงงานลดความหนาแน่นของวัตต์จาก 3.5 วัตต์/ซม.² เป็น 2.2 วัตต์/ซม.² โดยการติดตั้งเครื่องทำความร้อนที่ยาวขึ้น (กำลังไฟทั้งหมดเท่าเดิม) อุณหภูมิพื้นผิวลดลงจาก 118 องศา เป็น 102 องศา (ต่ำกว่าจุดเดือด) อายุเครื่องทำความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 30–36 เดือน (10,000 ชั่วโมง) โรงงานยังเพิ่มรอบการล้างน้ำจืดทุกสัปดาห์เพื่อละลายคราบเกลือ ต้นทุนของเครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่ขึ้น (พิเศษ 200 ดอลลาร์ต่อหน่วย) สามารถฟื้นตัวได้ภายใน 6 เดือนด้วยการเปลี่ยนทดแทนที่ลดลง
สรุป: น้ำเกลือเร่งความล้มเหลว 3× เนื่องจากการยกระดับจุดเดือดและการโจมตีของคลอไรด์
เครื่องทำความร้อน PFA ที่ทำงานที่ความหนาแน่นวัตต์เท่ากันในน้ำเกลือ 20% จะล้มเหลวเร็วกว่าในน้ำจืด 3 เท่า เนื่องจากจุดเดือดของน้ำเกลือที่สูงกว่า (105 องศาเทียบกับ. 100 องศา ) จะทำให้อุณหภูมิพื้นผิว PFA สูงขึ้น 10 องศา เร่งการซึมผ่านและส่งเสริมการเกิดตะกรันของเกลือ ไอออนของคลอไรด์จะทำให้แกนโลหะเป็นรูอย่างรวดเร็วเมื่อเปลือกแตก เพื่อให้มีอายุการใช้งานที่เทียบเคียงได้ในน้ำเกลือ ให้ลดความหนาแน่นของวัตต์ลง 30–40% (รักษาอุณหภูมิพื้นผิวให้ต่ำกว่า 100 องศา) ใช้ PFA ที่หนาขึ้น เพิ่มการหมุนเวียนซ้ำ และระบุแกนไทเทเนียม น้ำเกลือไม่ใช่น้ำจืด ปฏิบัติต่อมันด้วยความเคารพ ลดไฟ เย็นพื้นผิว ยืดอายุการใช้งาน เกลือไม่ได้โจมตี PFA - แต่กำลังเปลี่ยนน้ำ เข้าใจฟิสิกส์ ปรับดีไซน์ น้ำเกลือเดือดเป็นตัวฆ่าความร้อน หยุดเดือด หยุดความล้มเหลว
