Een metaalbewerkingsbedrijf haalde na vijf maanden gebruik een PTFE-dompelverwarmer uit een alkalische reinigingstank. Het omhulseloppervlak was bedekt met een harde, glasachtige film die bestand was tegen verwijdering door verdund zuur. Het onderhoudsteam moest een beitel gebruiken om de film los te breken, waardoor de PTFE op verschillende plaatsen werd ingekerfd. De film was geen gewone calciumcarbonaataanslag. Het was silicaatglas dat op het verwarmingsoppervlak was gesmolten.
Silicaatglasfilms behoren tot de meest hardnekkige afzettingen die worden aangetroffen op PTFE-dompelaars. Ze worden gevormd in alkalische reinigingsbaden die natriumsilicaat bevatten, een veelgebruikt additief dat wordt gebruikt voor buffering, corrosieremming en bodemsuspensie. Het silicaat polymeriseert op hete oppervlakken en vormt een glas{2}}achtige laag die chemisch aan de PTFE hecht.
Waarom zich silicaatfilms vormen op hete oppervlakken
Natriumsilicaat is een mengsel van natriumoxide en siliciumdioxide. In oplossing bestaat het als silicaationen. Wanneer de oplossing in contact komt met een heet oppervlak, polymeriseert het silicaat-de silicaationen verbinden zich tot lange ketens en netwerken. De polymerisatie wordt aangedreven door temperatuur en door de verdamping van water aan het hete oppervlak.
Het gepolymeriseerde silicaat vormt een harde, chemisch bestendige film die stevig aan het oppervlak is gehecht. De film groeit naarmate er meer silicaatafzettingen plaatsvinden. Het wordt na verloop van tijd dikker en meer glas-achtig. In tegenstelling tot carbonaataanslag, die zich door mechanische vergrendeling hecht, hechten silicaatfilms zich chemisch aan het PTFE-oppervlak.
| Silicaatconcentratie | Badtemperatuur | Oppervlaktetemperatuur van de mantel | Filmvormingssnelheid | Tijd tot 1 mm film |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 graden | 75 graden | Laag | 6–12 maanden |
| 2–4% | 70 graden | 85 graden | Gematigd | 3–6 maanden |
| 4–6% | 75 graden | 95 graden | Hoog | 6–12 weken |
| >6% | 80 graden | 105 graden + | Zeer hoog | 3–6 weken |
De vormingssnelheden van silicaatfilms zijn afhankelijk van de concentratie en de manteltemperatuur
Waarom silicaatfilms schadelijker zijn dan carbonaataanslag
Carbonaatschaal is relatief zacht en poreus. Het hecht zich door mechanische vergrendeling en zwakke van der Waals-krachten. Verdund zuur lost het op en het PTFE-oppervlak eronder is meestal intact.
Silicaatfilms zijn anders. Ze zijn hard, dicht en chemisch gebonden aan de PTFE. Het silicaatnetwerk vormt covalente bindingen met het polymeeroppervlak. De film lost niet op in zuur. Het vereist alkalische reiniging of mechanische verwijdering.
Mechanische verwijdering-schrapen, beitelen of gritstralen-beschadigt de PTFE en creëert kiemplaatsen voor toekomstige filmvorming. De beschadigde gebieden zijn ontvankelijker voor silicaatbinding dan het oorspronkelijke gladde oppervlak.
De rol van de oppervlaktetemperatuur van de mantel
De silicaatpolymerisatiesnelheid neemt toe met de temperatuur. Elke stijging van 10 graden verdubbelt het percentage grofweg. Een verwarmer die werkt bij een oppervlaktetemperatuur van 95 graden vormt twee keer zo snel een silicaatfilm dan een verwarmer bij een oppervlaktetemperatuur van 85 graden.
De oppervlaktetemperatuur is afhankelijk van de wattdichtheid en de stromingsomstandigheden. Een verwarmer die werkt op 1,4 W/cm² in een matig geroerd bad kan een oppervlaktetemperatuur hebben die 15-20 graden boven de massa ligt. Een verwarming van 0,9 W/cm² kan een oppervlaktetemperatuur hebben die slechts 10–12 graden boven de massa ligt. De lagere wattdichtheid verlaagt de oppervlaktetemperatuur en vertraagt de filmvorming.
Voorkomen van silicaatfilmvorming
De meest effectieve preventie is het verlagen van de temperatuur van het manteloppervlak. Een lagere wattdichtheid houdt het oppervlak koeler en vertraagt de polymerisatiesnelheid. Een verwarmer die op 0,9 W/cm² werkt, kan twee keer zo lang nodig hebben om een film van 1 mm te vormen dan een verwarmer die op 1,4 W/cm² werkt.
Een gepolijst oppervlak vermindert de hechtkracht van de silicaatfilm. Een glad oppervlak zorgt voor minder kiemplaatsen en minder mechanische vergrendeling. Gepolijste oppervlakken verlengen het reinigingsinterval met 30-50% vergeleken met standaardoppervlakken.
Regelmatig schoonmaken verwijdert de film voordat deze dik en hardnekkig wordt. Een dunne film is gemakkelijker te verwijderen dan een dikke. Het reinigingsinterval moet gebaseerd zijn op inspectieresultaten en niet op een vaste kalender.
| Preventiemaatregel | Effect op filmvorming | Uitvoering |
|---|---|---|
| Lagere wattdichtheid, 0,9 W/cm² | Langzamere polymerisatie | Ontwerp van de verwarming |
| Gepolijst oppervlak | Verminderde hechting | Verwarming afwerking |
| Regelmatige schoonmaak | Voorkomt dikke film | Onderhoudsschema |
| Verminderde silicaatconcentratie | Lagere depositiesnelheid | Controle van de badchemie |
Preventiemaatregelen voor silicaatfilmvorming in alkalische reinigers
Silicaatfilms reinigen zonder de verwarming te beschadigen
Silicaatfilms lossen niet op in zuur. Ze vereisen alkalische reiniging of mechanische verwijdering.
Een alkalische reinigingsoplossing-doorgaans 5–10% natriumhydroxide bij 50–60 graden -kan de silicaatfilm verzachten en ervoor zorgen dat deze kan worden weggeborsteld. De reinigingsoplossing moet worden gecirculeerd of geschud om contact met de film te behouden. De verwarmer moet na het reinigen worden geïnspecteerd om te bevestigen dat de film is verwijderd.
Mechanische verwijdering moet een laatste redmiddel zijn. Indien mechanische verwijdering noodzakelijk is, gebruik dan een plastic schraper of een zachte borstel. Gebruik geen staalborstels, metalen schrapers of schuursponsjes, aangezien deze de PTFE beschadigen.
Wanneer silicaatfilm een specificatieprobleem aangeeft
Een verwarmer die ondanks regelmatige reiniging dikke silicaatfilms ontwikkelt, geeft aan dat de verwarmer werkt met een wattdichtheid die te hoog is voor de badchemie. Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een lagere wattdichtheid, een gepolijst oppervlak en een groter oppervlak pakt de hoofdoorzaak van silicaatafzetting aan. Het specificatieproces vereist de badchemie, de silicaatconcentratie, de bedrijfstemperatuur en het vereiste wattage. Voor faciliteiten met silicaat-dat alkalische reinigingsmiddelen bevat, vermindert deze toepassings-specifieke aanpak filmvorming en verlengt de levensduur van de verwarming.
