Een onderhoudssupervisor haalde een PTFE-dompelverwarmer van 4 kW uit een vernikkelde tank na een aardlekfout. De PTFE-mantel was gedelamineerd.-Een stuk polymeer van 50 mm x 30 mm was losgekomen van de metalen mantel nabij de flens. Het blootliggende metaal vertoonde lichte oppervlaktecorrosie. De supervisor vroeg of de verwarming gerepareerd kon worden door het gedelamineerde gebied opnieuw te coaten of te patchen. Het antwoord was nee. Een PTFE-dompelverwarmer met delaminatie van de mantel kan niet opnieuw veilig worden gebruikt.
Delaminatie is het scheiden van de PTFE-mantel van het metalen substraat. Het is een structureel falen van de binding tussen het polymeer en het metaal. Als de verbinding eenmaal is verbroken, kan deze in het veld niet meer worden hersteld.
Waarom delaminatie optreedt
Delaminatie wordt veroorzaakt door het verlies van hechting tussen het PTFE en de metalen mantel. De hechting kan via verschillende mechanismen verloren gaan.
Chemische aantasting van de hechtlijn is de meest voorkomende oorzaak. Procesvloeistof dringt door in de PTFE en bereikt het grensvlak tussen het polymeer en het metaal. De vloeistof reageert met het metaal of met het bindmiddel, waardoor de hechting verzwakt. Corrosieproducten vormen zich op het grensvlak en nemen meer volume in beslag dan het originele metaal, waardoor de PTFE van het substraat wordt weggeduwd.
Thermische stress is een andere oorzaak. Het PTFE en het metaal hebben verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten. Wanneer de verwarmer thermisch ronddraait, zetten de PTFE en het metaal met verschillende snelheden uit en krimpen ze. De differentiële beweging veroorzaakt schuifspanning op de verbindingslijn. Gedurende duizenden cycli wordt de verbinding vermoeid en mislukt.
Mechanische schade kan ook tot delaminatie leiden. Een guts of impact die de PTFE binnendringt, creëert een pad waardoor vloeistof de verbindingslijn kan bereiken. De vloeistof verspreidt zich langs het grensvlak, waardoor de PTFE omhoog komt.
| Delaminatie Oorzaak | Mechanisme | Tijd voor zichtbare delaminatie | Getroffen gebied |
|---|---|---|---|
| Chemische aanval op de verbindingslijn | Permeatie en reactie | 6–24 maanden | Begint bij gebreken |
| Thermische spanning | Differentiële expansie | 12–36 maanden | Randen en stresspunten |
| Mechanische schade | Schedebreuk | Dagen-weken | Gelokaliseerd |
| Fabricagefout | Slechte band | Weken-maanden | Specifieke gebieden |
Oorzaken van delaminatie en hun kenmerken
Waarom delaminatie niet ter plaatse kan worden gerepareerd
De verbinding tussen het PTFE en het metaal komt tot stand in een gecontroleerde fabrieksomgeving. Het metalen oppervlak wordt voorbereid door stralen, etsen of primen. Het PTFE wordt onder hitte en druk aangebracht, of wordt chemisch gebonden met een hoogwaardige lijm-. De verbinding is continu en uniform.
Een reparatie ter plaatse kan die binding niet repliceren. Door het gedelamineerde gebied te patchen met een polymeerverbinding ontstaat een secundaire binding die zwakker is dan het origineel. De patch heeft verschillende thermische uitzettingseigenschappen, waardoor nieuwe spanningsconcentraties ontstaan. Vloeistof die al in het gedelamineerde gebied is terechtgekomen, blijft opgesloten en blijft het onderliggende metaal aantasten.
Waarom een gedelamineerde verwarming niet veilig weer in gebruik kan worden genomen
Het gedelamineerde gebied is een route voor procesvloeistof om de metalen omhulling te bereiken. De vloeistof corrodeert het metaal en de corrosieproducten duwen de PTFE verder weg van het substraat. De delaminatie verspreidt zich.
Het blootliggende metaal creëert ook een pad waardoor stroom naar aarde kan lekken. De isolatieweerstand neemt af en aardfouttrips komen vaker voor. Uiteindelijk valt de verwarming uit.
Bij agressieve chemicaliën corrodeert het blootgestelde metaal snel. Een verwarming met een kleine delaminatie kan binnen enkele weken kapot gaan als de chemie agressief is en het metaal niet corrosie-bestendig is.
Evalueren of de verwarming de moeite waard is om onder garantie te vervangen
Delaminatie die ontstaat binnen de garantieperiode-doorgaans twaalf maanden- kan worden gedekt als de storing te wijten is aan een fabricagefout. Delaminatie veroorzaakt door bedrijfsomstandigheden buiten de gespecificeerde limieten-te hoge temperatuur van de mantel, agressieve chemie of mechanische schade- wordt doorgaans niet gedekt.
De evaluatie vereist documentatie van de bedrijfsomstandigheden: badchemie, temperatuur, onderdompelingsdiepte, stromingsomstandigheden en inschakelduur. Als de verwarmer volgens de specificaties is gebruikt en de delaminatie voortijdig is ontstaan, is een garantieclaim gerechtvaardigd. Als de bedrijfsomstandigheden de specificatie overschrijden, moet de vervanging worden gespecificeerd met geschiktere parameters.
Voorkomen van delaminatie bij de vervanging
De vervangende verwarming moet de oorzaak van de delaminatie aanpakken. Als chemische aantasting van de verbindingslijn het probleem zou zijn, vermindert een dikkere omhulling of een chemisch resistenter polymeer de permeatiesnelheid. Als thermische spanning het probleem was, vermindert een lagere wattdichtheid de manteltemperatuur en de differentiële uitzetting. Als er sprake is van mechanische schade, verkleint een dikkere mantel of beschermkap het risico.
Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een dikke mantel, een lage wattdichtheid en een afgeronde rand pakt meerdere hoofdoorzaken tegelijkertijd aan. Het specificatieproces vereist de badchemie, bedrijfstemperatuur, tankafmetingen, niveaufluctuaties en de storingsgeschiedenis van eerdere verwarmingstoestellen.
Wanneer hergebruik nooit een optie is
PTFE-dompelverwarmers met gedelamineerde omhulsels zijn niet herbruikbaar. De hechting kan niet worden hersteld, de corrosie kan niet worden teruggedraaid en het veiligheidsrisico kan niet worden geëlimineerd. Een gedelamineerde verwarmer moet buiten gebruik worden gesteld, als defect worden bestempeld en worden vervangen door een eenheid die is gespecificeerd voor de feitelijke bedrijfsomstandigheden.
De kosten van vervanging zijn klein vergeleken met de kosten van een aardlek waardoor een productielijn platvalt of het veiligheidsrisico dat elektrolyt een onder spanning staande terminal bereikt. De beslissing is eenvoudig: vervangen, niet repareren.
