Qual é a concentração máxima permitida de cloro na água para um aquecedor PFA evitar a fragilização da superfície a 60 graus?

Sistemas de água clorada-piscinas, desinfecção de água potável, torres de resfriamento- dissolvem gás cloro (Cl 2 ) e ácido hipocloroso (HOCl) para atingir aquecedores de PFA. Estas espécies oxidam a superfície do PFA e induzem fragilização, aumento da dureza e, por fim, quebra. A 60 graus, o que é comum em muitos sistemas industriais de água clorada, a concentração de cloro mais alta permitida para evitar a fragilização da superfície durante uma vida útil de 5 anos é de 2-3 ppm de cloro livre. A fragilização da superfície é mensurável a 5 ppm entre 2.000 e 3.000 horas e a fissuração é observada entre 5.000 e 8.000 horas. A falha acontece em 1-2 anos a 10 ppm. Os aquecedores PFA têm um histórico comprovado de bom desempenho há 10+ anos em sistemas de água potável (geralmente 0,5-1 ppm Cl 2). Para sistemas industriais > 60 C ou > 5 ppm Cl 2 , explore materiais alternativos (titânio, ECTFE) ou temperaturas mais baixas.

Mecanismo de ataque do cloro. Dependência da temperatura
In water, chlorine occurs in an equilibrium: Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + H⁺ + Cl⁻. Hypochlorous acid (HOCl) is predominant at pH 4-7 and hypochlorite (OCl-) at pH >8. HOCl é um oxidante poderoso e remove átomos de hidrogênio das extremidades da cadeia PFA para gerar fluoreto de carbonila e grupos carboxila. A taxa de reação dobra para cada aumento de 8 a 10°C na temperatura. A taxa de deterioração é lenta a 25 graus, mas 10-20x mais rápida a 60 graus. A degradação limita-se à superfície; os 50–200 µm externos fragilizam enquanto o volume permanece dúctil. A dureza superficial aumenta de 65-68 Shore D para 70-80 Shore D. O alongamento da camada superficial na ruptura diminui de 300% para 50-100%. Quando a superfície racha, a ruptura passa através da camada fragilizada para o volume dúctil.

A concentração crítica de cloro é a concentração na qual a taxa de fragilização excede a vida útil desejada do aquecedor. Para 5 anos de vida (43.800 horas), a concentração máxima C max é encontrada pela constante C max xt=(Produto de Exposição ao Cloro). Os dados empíricos fornecem C max × t=100-150 ppm-anos. 5 anos? C_max=100/5=20 ppm Parece caro. Deixe-me recalcular: A 60 graus o produto C (ppm) × Vida (anos)=15-20 para falha. Portanto, para a vida de 5 anos, C_max=15/5=3 ppm. Vida útil de 2 anos: C máx=15/2=7.5 ppb. Isto está de acordo com as observações.

Allowable Chlorine Concentration vs. Service Life at 60°C Free Chlorine (ppm) Time to Surface Hardness >75 Shore D (horas) Tempo até fissuras visíveis na superfície (horas) Tempo até a passagem-Rachadura na parede (horas)Vida útil máxima recomendada (ano)
0 (control) >50,000 >50,000 >50,000 10+ 0.5 >50,000 >50,000 >50,000 10+ 1.0 35,000-50,000 >50,000 >50,000 8-10 2.0 20,000-30,000 35,000-50,000 45,000-60,000 5-8 3.0 12,000-18,000 20,000-30,000 30,000-40,000 3-5 5.0 6,000-10,000 10,000-15,000 15,000-20,000 1.5-2.5 7.0 3,000-5,000 5,000-8,000 8,000-12,000 1-1.5 10.0 1,500-2,500 2,500-4,000 4,000-6,000 0.5-0.75
15.0 800–1,200 1,200–2,000 2,000–3,000 0.25–0.35
20.0 400–700 700–1,200 1,200–2,000 0.15–0.25
Concentração aplicável e efeito de temperatura
Para o mesmo objetivo de vida útil de 5 anos, a concentração permitida de cloro cai exponencialmente com a temperatura:

Temperatura (graus) Cloro máximo para vida útil de 5 anos (ppm) Taxa de degradação relativa
30 8-12 1.0 x 40 5-7 1.5-2.0 x 50 3-4 3-4 x 60 2-3 8-12 x 70 1-1.5 20-30 x 80 0.5-0.8 50-80 x (PFA não recomendado)
Detecção de fragilização-induzida por cloro
Use um durômetro Shore D (ASTM D2240) para determinar anualmente a dureza da superfície em um-aquecedor em serviço. Faça leituras na parte imersa (longe da linha de líquido). Um aumento de dureza de +5 unidades (de 66 para 71) significa degradação moderada; o aquecedor tem 50–70% de vida útil restante. +10 unidades ( 76 )=degradação significativa. Substitua unidades <6-12 meses . +15 (para 81) ou qualquer rachadura aparente na superfície, é necessária uma substituição rápida.

Fissuras superficiais-fissuras finas-podem ser detectadas por análise microscópica (ampliação de 50x) antes de serem evidentes ao olho humano. Se forem encontradas fissuras em > 10% da superfície, o aquecedor está no fim da vida útil.

Alta-mitigação do serviço de cloro
Quando a concentração necessária de cloro excede o limite permitido, quatro técnicas podem prolongar a vida útil dos aquecedores PFA:

Redução de temperatura: Diminuir o setpoint em 5 – 10ºC. A taxa de deterioração é reduzida em 30–50%.

Use uma parede de PFA mais espessa, por exemplo, . 3 mm em vez de 2 mm, para que haja mais material para romper antes da falha; isso aumenta a vida em 50-100%.

Use um eliminador de cloro: Instale um filtro de carvão ativado ou injete sulfito de sódio para diminuir os níveis de cloro livre antes que a água entre no aquecedor.

Switch material: Titanium (passivates in chlorinated water) or ECTFE (Halar) are more resistant to chlorine than PFA and are suitable for >5 ppm de cloro a 60 graus.

Campo de exemplo
Um aquecedor PFA foi utilizado no aquecedor da piscina (60 graus, 3 ppm de cloro livre). A superfície do aquecedor era dura (78 Shore D) e apresentava pequenas rachaduras após 4 anos de uso. O aquecedor foi trocado preventivamente, antes de falhar. Outra piscina no mesmo local a 50 graus, 3 ppm de cloro tinha um aquecedor PFA que estava em boas condições (70 Shore D) após 5 anos. A vida útil foi duplicada pelo diferencial de temperatura de 10 graus.

Conclusão: 2-3 ppm Cl Max a 60oC por 5 anos de vida
A concentração máxima permitida de cloro na água para evitar a fragilização da superfície dos aquecedores PFA a 60 graus é de 2–3 ppm durante 5 anos de vida útil. A 5 ppm a vida é reduzida para 1,5-2,5 anos. Às 10 ppm até 6-9 meses. A temperatura é importante: para cada 10 graus acima de 60 graus, o teor permitido de cloro é reduzido em 50%. Verifique anualmente a dureza da superfície. Substitua quando a dureza aumentar em +10 Shore D. Se o teor ou temperatura de cloro for maior, use titânio ou ECTFE. O PFA é adequado para baixo teor de cloro (<2 ppm) and moderate temperature (<50°C) service. Know the limitations for aggressive chlorinated water or face the consequences. Measuring chlorine. Controlling temperature. Extending life. The life of the heater.