Povijesni standard
Olovo se koristi za rukovanje sumpornom kiselinom od 18. stoljeća. Olovne-legure antimona (obično 4-8% antimona) poboljšale su mehanička svojstva čistog olova, čineći ga prikladnim za izmjenjivače topline, cjevovode i obloge spremnika. Više od jednog stoljeća olovo-antimon bio je standardni materijal za zagrijavanje kupki za kiseljenje sumpornom kiselinom. Mnoge takve instalacije i danas su u funkciji.
Olovo je otporno na sumpornu kiselinu stvaranjem filma olovnog sulfata (PbSO₄) koji je netopljiv u kiselini. Ovaj je film stabilan i štiti u rasponu koncentracije i temperature većine postupaka kiseljenja-do približno 80 stupnjeva u 10-20% sumpornoj kiselini.
Ipak se zamjenjuju olovni{0}}antimonski izmjenjivači topline. Zamjene su sve više PTFE. Pokretačka snaga nije kvar olovnog mehanizma za zaštitu od korozije-on i dalje radi. To su akumulirani operativni nedostaci mekog, teškog, toksičnog metala u usporedbi s modernim inertnim polimerom.
Kumulativni nedostaci olova-antimona
Ograničenja legure s olovom-antimonom obuhvaćaju mehanička, radna i ekološka područja. Nijedan pojedinačno nije katastrofalan. Zajedno, oni pokreću ukupne troškove vlasništva koji premašuju PTFE unatoč nižoj cijeni materijala za olovo.
Erozija-korozija: PbSO₄ film koji štiti olovo od sumporne kiseline je mekan. U tekućoj kiselini-posebno kod ispuštanja cirkulacijske crpke, mlaznica eduktora ili područja visoke turbulencije-film erodira. Izloženo olovo preoblikuje film, trošeći metal. Na mjestima erozije olovni zid se progresivno tanji. Cijev izmjenjivača topline s olovom-antimona može trajati 5-8 godina u statičkim uvjetima, ali samo 2-4 godine pod umjerenim protokom.
Toplinski zamor: Olovo ima koeficijent toplinskog širenja od 29 × 10⁻⁶/ stupanj -jedan od najvećih od svih metala. Olovo-antimon to samo neznatno smanjuje. Tijekom ciklusa grijanja i hlađenja, olovo se dramatično širi i skuplja. Ponovljeno kretanje uzrokuje deformacije puzanja na točkama oslonca i spojevima. Zglobovi popuštaju. Cijevi popuštaju između nosača. Kumulativna deformacija na kraju uzrokuje kvar u djeliću korozivno{10}}ograničenog vijeka trajanja.
Toksičnost: Olovo je regulirani otrovni metal. Njegova uporaba zahtijeva praćenje izloženosti, medicinski nadzor i posebne postupke rukovanja. Zbrinjavanje istrošenih olovnih izmjenjivača topline je opasni otpad. Administrativni troškovi i troškovi zbrinjavanja dodaju se ukupnom trošku vlasništva.
| Parametar izvedbe | Olovo-legura antimona | PTFE |
|---|---|---|
| Mehanizam zaštite od korozije | PbSO₄ pasivni film | Inherentna stabilnost C{0}}F veze |
| Otpornost na eroziju | Loše (meki film i podloga) | Dobar (homogen, bez filma) |
| Otpornost na toplinski zamor | Loše (veliko širenje, puzanje) | Izvrsno (viskoelastična akomodacija) |
| Težina za rad od 50 kW (kg) | 180-250 | 12-15 |
| Toksičnost | Visoko (regulirani metal) | Ništa (inertni polimer) |
| Vijek trajanja pri umjerenom protoku (godine) | 2-4 | 15+ |
| Vijek trajanja u statičkim uvjetima (godine) | 5-8 | 15+ |
| Odlaganje | Opasni otpad | Bez{0}}opasno |
| Trošak materijala (relativno po kg) | 1.0× | 2-3× |
| Instalirani trošak (relativan) | 0.8× | 1.0× |
Usporedba težine instalacije i sigurnosti
Olovni{0}}antimonov izmjenjivač topline za spremnik za kiseljenje od 50 kW teži 180-250 kg. Ova težina zahtijeva strukturnu potporu, mehaničku opremu za podizanje za ugradnju i uklanjanje i predstavlja opasnost za rukovanje osobljem. PTFE izmjenjivač za isti rad teži 12-15 kg-manje od jedne desetine. Dva radnika mogu ga nositi i montirati bez mehaničke pomoći.
Razlika u težini također utječe na strukturno opterećenje spremnika. Teška olovna zavojnica koja leži na dnu spremnika može zahtijevati pojačanje poda, osobito u plastičnim ili obloženim spremnicima. Lagana PTFE rešetka nameće zanemarivo strukturno opterećenje.
Tijekom održavanja, olovni svitak koji je bio u radu sa sumpornom kiselinom nosi površinski sloj PbSO₄ i adsorbiranu kiselinu. Rukovanje zahtijeva osobnu zaštitnu opremu i postupke dekontaminacije. PTFE zavojnica je kemijski čista-ispiranje vodom uklanja površinsku kiselinu, a inertni polimer ne zahtijeva posebno rukovanje.
Odluka o prijelazu
Postrojenja koja još uvijek koriste olovne-antimonske izmjenjivače topline suočavaju se s odlukom pri svakoj zamjeni: zamijeniti drugom olovnom{1}}antimonskom jedinicom i prihvatiti isti 2-4-godišnji ciklus zamjene ili prebaciti na PTFE i eliminirati ciklus zamjene na 15+ godina. Pretvorba PTFE-a uključuje veće jednokratne troškove opreme, ali eliminira ponavljajuće troškove čestih zamjena, upravljanja toksičnošću i rukovanja teškim materijalima.
Prijelaz se često odvija u fazama-tenk po jedan, jer vodeće jedinice zakažu. Nakon što prva pretvorba PTFE-a pokaže produljeni životni vijek i pojednostavljeno održavanje, sljedeće pretvorbe slijede brzo.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline traju duže od legure olova-antimona u vrućoj sumpornoj kiselini ne zato što mehanizam korozije olova otkaže, već zato što PTFE uklanja nedostatke erozije-korozije, toplinskog zamora i toksičnosti koji se nakupljaju tijekom životnog vijeka olova. Radni vijek PTFE-a od 15+ godina u usporedbi s 2-4 godine za olovo u uvjetima protoka donosi prednost ukupnog troška vlasništva unatoč višoj početnoj cijeni materijala PTFE-a. Smanjenje težine od preko 90% i eliminacija rukovanja otrovnim materijalima dodaju operativne i sigurnosne prednosti.
Inženjerska podrška za zamjenu izmjenjivača topline olovo-u-PTFE dostupna je nakon dostave dimenzija spremnika, koncentracije i temperature kiseline, uvjeta protoka i trenutnog životnog vijeka olovne opreme i evidencije o održavanju.
