Tarihsel Standart
Kurşun, 18. yüzyıldan beri sülfürik asit işlemede kullanılıyor. Kurşun-antimon alaşımları (tipik olarak %4-8 antimon) saf kurşunun mekanik özelliklerini geliştirerek onu ısı eşanjörleri, borular ve tank kaplamaları için uygun hale getirdi. Bir asırdan fazla bir süre boyunca kurşun-antimon, sülfürik asit dekapaj banyolarının ısıtılmasında standart malzemeydi. Bu tür tesislerin çoğu bugün hizmet vermeye devam ediyor.
Kurşun, asitte çözünmeyen bir kurşun sülfat (PbSO₄) filmi oluşturarak sülfürik asite karşı direnç gösterir. Bu film, çoğu dekapaj işleminin konsantrasyon ve sıcaklık aralığında-%10-20 sülfürik asitte yaklaşık 80 dereceye kadar stabil ve koruyucudur.
Ancak kurşun{0}}antimon ısı eşanjörleri değiştiriliyor. Değiştirmeler giderek daha fazla PTFE'den yapılıyor. İtici güç kurşunun korozyona karşı koruma mekanizmasındaki bir arıza değildir-yine de çalışmaktadır. Yumuşak, ağır, toksik bir metalin modern inert bir polimere kıyasla birikmiş operasyonel dezavantajlarıdır.
Kurşun-Antimonun Kümülatif Dezavantajları
Kurşun{0}}antimon alaşımının sınırlamaları mekanik, operasyonel ve çevresel alanları kapsar. Hiçbiri tek başına felaket değildir. Birlikte, kurşunun daha düşük malzeme maliyetine rağmen PTFE'yi aşan bir toplam sahip olma maliyeti sağlıyorlar.
Erozyon-korozyon: Kurşunu sülfürik asitten koruyan PbSO₄ filmi yumuşaktır. Akan asitte-özellikle sirkülasyon pompası deşarjlarında, edüktör nozüllerinde veya yüksek türbülanslı alanlarda-film aşınır. Açıkta kalan kurşun, metali tüketerek filmi yeniden şekillendirir. Erozyon alanlarında kurşun duvar giderek incelir. Kurşun-antimonlu bir ısı eşanjörü borusu, statik koşullar altında 5-8 yıl dayanabilir, ancak orta düzeyde akış altında yalnızca 2-4 yıl dayanabilir.
Termal yorulma: Kurşunun termal genleşme katsayısı 29 × 10⁻⁶/ derece -tüm metaller arasında en yüksek olanlardan biridir. Kurşun-antimon bunu yalnızca biraz azaltır. Isıtma ve soğutma döngüleri sırasında kurşun önemli ölçüde genişler ve daralır. Tekrarlanan hareket, destek noktalarında ve bağlantılarda sürünme deformasyonuna neden olur. Eklemler gevşer. Borular destekler arasında sarkıyor. Kümülatif deformasyon sonuçta korozyonun-sınırlı hizmet ömrünün çok küçük bir bölümünde arızaya neden olur.
Toksisite: Kurşun düzenlenmiş toksik bir metaldir. Kullanımı maruz kalmanın izlenmesi, tıbbi gözetim ve özel kullanım prosedürlerini gerektirir. Kullanılmış kurşun ısı eşanjörlerinin imhası tehlikeli atık gibidir. İdari ve elden çıkarma maliyetleri toplam sahip olma maliyetine eklenir.
| Performans Parametresi | Kurşun-Antimon Alaşımı | PTFE |
|---|---|---|
| Korozyona karşı koruma mekanizması | PbSO₄ pasif film | Doğal C-F bağ kararlılığı |
| Erozyon direnci | Zayıf (yumuşak film ve alt tabaka) | İyi (homojen, film yok) |
| Termal yorulma direnci | Zayıf (yüksek genleşme, sürünme) | Mükemmel (viskoelastik konaklama) |
| 50 kW çalışma ağırlığı (kg) | 180-250 | 12-15 |
| Toksisite | Yüksek (düzenlenmiş metal) | Yok (inert polimer) |
| Orta akış koşullarında servis ömrü (yıl) | 2-4 | 15+ |
| Statik koşullar altında servis ömrü (yıl) | 5-8 | 15+ |
| İmha etmek | Tehlikeli atık | Tehlikeli-olmayan |
| Malzeme maliyeti (kg başına göreceli) | 1.0× | 2-3× |
| Kurulu maliyet (göreceli) | 0.8× | 1.0× |
Kurulum Ağırlığı ve Güvenlik Karşılaştırması
50 kW'lık bir asitleme tankı için kurşun-antimon ısı eşanjörünün ağırlığı 180-250 kg'dır. Bu ağırlık, kurulum ve sökme için yapısal destek ve mekanik kaldırma ekipmanı gerektirir ve personel tarafından taşıma tehlikesi oluşturur. Aynı görev için bir PTFE eşanjörünün ağırlığı 12-15 kg yani onda birinden daha azdır. İki işçi mekanik yardıma ihtiyaç duymadan taşıyabilir ve kurabilir.
Ağırlık farkı aynı zamanda tankın yapısal yükünü de etkiler. Tank zemini üzerinde duran ağır bir kurşun bobin, özellikle plastik veya astarlı tanklarda zeminin güçlendirilmesini gerektirebilir. Hafif PTFE ızgarası ihmal edilebilir düzeyde yapısal yük oluşturur.
Bakım sırasında, sülfürik asit hizmetinde olan bir kurşun bobin, PbSO₄ ve adsorbe edilmiş asitten oluşan bir yüzey katmanı taşır. Bunu kullanmak kişisel koruyucu ekipman ve dekontaminasyon prosedürlerini gerektirir. PTFE bobini kimyasal olarak temizdir-su ile durulama yüzeydeki asidi giderir ve inert polimer özel bir işlem gerektirmez.
Geçiş Kararı
Halen çalışmakta olan tesislerdeki kurşun-antimonlu ısı eşanjörleri her değiştirmede bir kararla karşı karşıyadır: başka bir kurşun-antimon ünitesiyle değiştirin ve aynı 2-4 yıllık değiştirme döngüsünü kabul edin veya PTFE'ye dönüştürün ve değiştirme döngüsünü 15+ yıl boyunca ortadan kaldırın. PTFE dönüşümü, tek seferlik daha yüksek bir ekipman maliyeti içerir ancak sık değiştirme, toksisite yönetimi ve ağır malzeme taşımanın yinelenen maliyetlerini ortadan kaldırır.
Lider birimler arızalandığından, geçiş genellikle-bir seferde bir tank olmak üzere aşamalı olarak gerçekleştirilir. İlk PTFE dönüşümü, uzatılmış servis ömrünü ve basitleştirilmiş bakımı gösterdikten sonra, sonraki dönüşümler hızla takip edilir.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri, sıcak sülfürik asit hizmetinde kurşun-antimon alaşımından daha uzun süre dayanır, bunun nedeni kurşunun korozyon mekanizmasının başarısız olması değil, PTFE'nin kurşunun hizmet ömrü boyunca biriken erozyon-korozyonu, termal yorulma ve toksisite dezavantajlarını ortadan kaldırmasıdır. Akış koşulları altında kurşun için 2-4 yıla kıyasla PTFE'nin 15+ yıllık hizmet ömrü, PTFE'nin daha yüksek ilk malzeme maliyetine rağmen toplam sahip olma maliyeti avantajı sağlar. Ağırlığın %90'ın üzerinde azaltılması ve zehirli madde kullanımının ortadan kaldırılması, operasyonel ve güvenlik açısından faydalar sağlar.
Kurşun{0}}PTFE'den-PTFE'ye ısı eşanjörünün değiştirilmesi için mühendislik desteği, tank boyutları, asit konsantrasyonu ve sıcaklığı, akış koşulları ve mevcut öncü ekipmanın hizmet ömrü ve bakım kayıtlarının gönderilmesi üzerine sağlanır.
