إن سخان PFA الذي يتعرض لحدث حريق جاف- (التشغيل في الهواء أو البخار بدون تبريد سائل) لمدة لا تقل عن دقيقتين يتعرض لضرر دائم في البنية الدقيقة. يصل سطح PFA الخارجي إلى 250-350 درجة، بينما يصل السطح الداخلي (مقابل القلب المعدني) إلى درجات حرارة مماثلة. وحتى بعد التبريد، لا يعود البوليمر إلى حالته الأصلية. يؤدي التحلل الحراري إلى خلق فراغات مجهرية (قطرها 5-50 ميكرومتر) في مصفوفة PFA، ويزيد الحجم الحر غير المتبلور بنسبة 15-25%، ويقلل الوزن الجزيئي بنسبة 10-30%. تستمر هذه التغييرات بعد التبريد وتزيد معدل التخلل بشكل دائم بنسبة 30-50% لجميع الخدمات اللاحقة. بالنسبة للسخان الجاف-الذي يتم تشغيله لمدة دقيقتين عند 300 درجة، يظل معدل تغلغل حمض الهيدروكلوريك أو بخار الماء أعلى بنسبة 40% من خط الأساس لبقية عمره، بغض النظر عن التبريد. لا يتم "استرداد" السخان عن طريق التبريد؛ الضرر دائم. يجب استبدال هذه السخانات بدلاً من إعادتها إلى الخدمة الحرجة.
الأضرار الهيكلية الدقيقة الناجمة عن الحريق الجاف-.
أثناء الحريق الجاف-، تحدث أربعة تغييرات لا رجعة فيها في PFA:
انقسام السلسلة: تكسر الطاقة الحرارية روابط C-F وC-C، مما يقلل الوزن الجزيئي من 300 كيلو دالتون إلى 200-250 كيلو دالتون. يؤدي انخفاض الوزن الجزيئي إلى زيادة حركة السلسلة، مما يزيد من الانتشار.
تشكيل الفراغ: تومض الرطوبة المتبقية (100-500 جزء في المليون) لتتحول إلى بخار، مما يؤدي إلى تكوين فراغات كروية يبلغ قطرها 5-50 ميكرومتر. تعمل الفراغات كاختصارات للجزيئات النافذة.
توسيع المرحلة غير المتبلورة: المناطق غير المتبلورة تذوب جزئيًا وتتبلور مرة أخرى في بنية أكثر انفتاحًا، مما يزيد الحجم الحر بنسبة 15-25٪.
الأكسدة السطحية: يشكل الجزء الخارجي 50-100 ميكرومتر طبقة مؤكسدة هشة (مجموعات الكربونيل والكربوكسيل). تتشقق هذه الطبقة عند التبريد، مما يخلق مسارات إضافية.
تكون هذه التغييرات دائمة لأن البوليمر لا يمكنه إعادة-عبور-الربط أو معالجة الفراغات عند درجات حرارة أقل من 300 درجة. درجات حرارة التشغيل العادية (100-200 درجة) لا توفر طاقة كافية لإعادة -تشابك السلسلة أو إغلاق الفراغ.
زيادة معدل التخلل بعد الحريق الجاف - (يتم قياسه عند 80 درجة، 30% حمض الهيدروكلوريك)
| جاف-مدة الحريق (بالدقائق) | ذروة درجة حرارة الغمد (درجة) | تخفيض الوزن الجزيئي (٪) | كثافة الفراغ (الفراغات/مم²) | معدل التخلل (جم/م²·يوم) | الزيادة عن خط الأساس (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 (خط الأساس) | 80 | 0% | 0 | 0.8–1.2 | 0% |
| 0.5 (30 ثانية) | 180 | 2–5% | <10 | 0.9–1.4 | 10–15% |
| 1.0 | 230 | 5–10% | 10–50 | 1.1–1.7 | 30–40% |
| 2.0 | 280 | 10–15% | 50–150 | 1.3–2.0 | 40–60% |
| 3.0 | 310 | 15–20% | 100–300 | 1.6–2.5 | 70–100% |
| 5.0 | 340 (ذوبان) | 20–30% | 500+ | 2.5–4.0 | 150–250% |
بالنسبة للسخان الجاف-الذي يتم تشغيله لمدة دقيقتين (الذروة 280 درجة)، يظل معدل التخلل مرتفعًا بنسبة 40-60% إلى أجل غير مسمى. وحتى بعد 1000 ساعة من التشغيل الرطب العادي، لا يتعافى المعدل.
لماذا لا يستعيد التبريد مقاومة التخلل
يعمل التبريد على تقليص البوليمر ولكنه لا يغلق الفراغات أو يستعيد الوزن الجزيئي. تكون الفراغات دائمة لأن سلاسل البوليمر التي كانت تشغل هذا الحجم في السابق قد تحللت إلى أوليغومرات متطايرة هربت. لم يبق أي مادة لملء الفراغ. يتم توسيع الحجم الحر غير المتبلور بشكل دائم نظرًا لإعادة توجيه السلاسل إلى عبوات أقل كثافة أثناء رحلة درجة الحرارة المرتفعة-. وهذا مشابه لتليين المعدن-حيث تتغير البنية المجهرية بشكل دائم. على عكس المعادن، لا يمكن إعادة تلدين PFA-لعكس الضرر لأن الضرر يشمل التحلل الكيميائي (انقسام السلسلة)، وليس مجرد إعادة الترتيب المادي.
اكتشاف حريق -مسبق الجفاف
إذا كان هناك شك في أن المدفأة قد تم تشغيلها بشكل جاف-(ولو لفترة وجيزة)، فهناك ثلاثة اختبارات تؤكد حدوث ضرر دائم:
الفحص المجهري: قص مقطعًا عرضيًا-من جدار PFA. تظهر الفراغات على شكل دوائر داكنة (5-50 ميكرومتر) بتكبير 200-500×. أي فراغات مرئية تشير إلى ضرر دائم.
قياس الكثافة: كثافة PFA غير التالفة=2.13–2.16 جم/سم³. تبلغ كثافة PFA - الجاف مع الفراغات 2.05-2.10 جم / سم مكعب. ويشير انخفاض الكثافة بنسبة 2% إلى إفراغ كبير.
اختبار النفاذية: قارن معدل تغلغل حمض الهيدروكلوريك الفعلي للسخان بمواصفات الشركة المصنعة. تؤكد الزيادة بنسبة 30% حدوث حريق جاف سابق-.
قرار الاستبدال
بالنسبة للسخان الذي تم تجفيفه-وتشغيله لمدة دقيقتين أو أكثر:
الخدمات الكيميائية الحرجة (أشباه الموصلات، الأدوية): استبدال على الفور. سيؤدي معدل النفاذ الأعلى بنسبة 40% إلى تآكل النواة قبل الأوان وتلوث الحمام.
خدمة صناعية غير-حرجة: يمكن الاستمرار في الاستخدام إذا كان معدل التغلغل لا يزال أقل من حدود العملية. مراقبة مقاومة العزل شهريا. توقع أن يكون العمر المتبقي أقصر بنسبة 30-50%.
أي تقرحات أو ذوبان مرئية: استبدال على الفور. السخان على وشك الفشل.
مثال ميداني
قام مصنع الطلاء بتصريف الخزان عن طريق الخطأ أثناء تنشيط سخان PFA. جف السخان لمدة 3 دقائق (الذروة المقدرة 290 درجة) قبل أن يقوم المشغلون بإغلاقه. بعد إعادة التعبئة، ظهر السخان طبيعيًا من الخارج (لا توجد بثور مرئية). ومع ذلك، في غضون 4 أشهر، تعرض المدفأة لعطل أرضي. كشف تحليل ما بعد الفشل عن وجود فراغات دقيقة واسعة النطاق في جدار PFA (150 فراغًا/مم²) وزاد تغلغل حمض الهيدروكلوريك بمقدار 3×، مما أدى إلى تآكل اللب المعدني. سخان من نفس الدفعة بدون نار جافة-استمر لمدة 3 سنوات أخرى. يجب استبدال السخان الجاف-على الفور، وعدم إعادته إلى الخدمة.
الاستنتاج: -النار الجافة تزيد من التغلغل بشكل دائم بنسبة 30-50%
يعاني سخان PFA الذي تم تجفيفه - لمدة دقيقتين (ذروة درجة حرارة الغلاف 280 درجة ) من تلف البنية المجهرية الدائم: انقسام السلسلة (10-15% فقدان الوزن الجزيئي)، وتكوين الفراغات (50-150 فراغًا/مم²)، وزيادة الحجم الحر غير المتبلور. وحتى بعد التبريد، يظل معدل التخلل أعلى بنسبة 40-60% من خط الأساس إلى أجل غير مسمى. لا يتعافى السخان. للحصول على خدمة حرجة، استبدلها على الفور. بالنسبة للخدمة غير-الحرجة، راقب عن كثب وتوقع عمرًا أقصر. لا تعتمد على الفحص البصري.-الفراغات مجهرية. قد يتلف السخان الذي يبدو جيدًا بشكل دائم. بمجرد إطلاقه جافًا-، لا تثق به تمامًا أبدًا. استبدال أو تخفيض. الفراغ إلى الأبد.
