I rischi unici del riscaldamento dei solventi clorurati
I solventi clorurati-tricloroetilene, cloruro di metilene, percloroetilene-sono i cavalli di battaglia dello sgrassaggio a vapore. Dissolvono oli e grassi pesanti che i detergenti acquosi non possono toccare. Il riscaldamento di questi solventi fino al punto di ebollizione per la generazione di vapore presenta sfide di sicurezza uniche che non si riscontrano nei bagni galvanici acquosi.
Il rischio principale è l’idrolisi del solvente. I solventi clorurati reagiscono con l'acqua a temperature elevate per formare acido cloridrico. Questo acido attacca gli scambiatori di calore metallici attraverso una rapida corrosione uniforme. I prodotti della corrosione contaminano il solvente. Le pareti assottigliate del tubo finiscono per rilasciare vapore nel solvente, creando una miscela pericolosa.
Il rischio secondario è il fuoco secco-. I livelli di solvente nei pozzetti dello sgrassatore fluttuano poiché il trascinamento-esaurisce il serbatoio. Uno scambiatore di calore momentaneamente esposto al di sopra del livello del liquido subisce un rapido aumento della temperatura. Le bobine metalliche possono raggiungere temperature che incendiano i vapori dei solventi. La posta in gioco in termini di sicurezza è più elevata che in qualsiasi applicazione acquosa.
Il ciclo di corrosione dell'idrolisi
I solventi clorurati sono igroscopici. Assorbono l'umidità atmosferica durante il funzionamento. A temperature di ebollizione, l'acqua assorbita idrolizza il solvente, rilasciando HCl. Gli stabilizzanti aggiunti dai produttori di solventi eliminano parte dell'HCl, ma lo stabilizzante si consuma nel tempo.
Uno scambiatore di calore in acciaio inossidabile in questo ambiente è esposto al continuo attacco di HCl. Il tasso di corrosione, sebbene non catastrofico in un singolo giorno, assottiglia progressivamente la parete del tubo. La vaiolatura inizia in corrispondenza delle inclusioni superficiali e dei bordi dei grani. La condensa del vapore all'interno del tubo alla fine trova un percorso attraverso una cavità o una fessura nel bagno di solvente.
L'interazione vapore-solvente risultante accelera notevolmente l'idrolisi. Picchi di generazione di HCl. Il solvente diventa acido. I pezzi emergono con superfici incise o macchiate. L'intera carica di solvente richiede la sostituzione-un costoso evento di smaltimento di rifiuti pericolosi.
Tabella 1: Confronto sulla sicurezza dei materiali degli scambiatori di calore nel servizio con solventi clorurati
| Materiale | Resistenza alla corrosione da HCl | Rischio di incendio-secco | Conseguenza della perdita di vapore | Valutazione complessiva della sicurezza |
|---|---|---|---|---|
| SS316L | Povero | Alto (rischio di accensione) | Idrolisi accelerata | Basso |
| Titanio | Moderato (vaiolatura) | Moderare | Idrolisi moderata | Basso-Moderato |
| Quarzo | Buono (chimico) | Frattura a fuoco-secco | Nessuno (se intatto) | Moderare |
| PTFE (scarico a gravità-) | Eccellente | Basso (auto-drenante) | Nessuna catalisi di idrolisi | Alto |
Valutazione della sicurezza basata sui dati pubblicati sulla compatibilità chimica e sui rapporti sugli incidenti di sgrassaggio con vapore.
Perché il design-drenante a gravità è importante
Una serpentina ad immersione riscaldata a vapore-standard trattiene la condensa all'interno dei tubi quando il flusso di vapore si interrompe. L'acqua intrappolata, ancora calda, crea un continuo rischio di corrosione all'interno dei tubi metallici. Quando la bobina è esposta al di sopra del livello del solvente, l'acqua intrappolata si trasforma in vapore, creando picchi di pressione che sollecitano le pareti del tubo.
Uno scambiatore di calore in PTFE con scarico a gravità- è progettato per il drenaggio completo della condensa. I tubi hanno una pendenza continua verso il basso fino ad un collettore di raccolta della condensa nel punto più basso. Quando il flusso di vapore si interrompe, la condensa viene scaricata completamente. Non rimane acqua intrappolata. Non si verifica alcuna corrosione interna. Non si sviluppano picchi di pressione in caso di esposizione al fuoco-secco.
Il materiale PTFE stesso non è-catalitico nei confronti dell'idrolisi del solvente. A differenza delle superfici metalliche che possono accelerare la formazione di HCl, il PTFE è chimicamente inerte. Il solvente vede solo legami carbonio-fluoro che non offrono siti reattivi per la catalisi dell'idrolisi. I tassi di consumo dello stabilizzante solvente diminuiscono, prolungando la durata del bagno.
Tolleranza al fuoco-secco
Tutti gli scambiatori di calore negli sgrassatori rischiano un'esposizione momentanea al di sopra del livello del solvente durante eventi di basso-livello. Una bobina metallica esposta a vapore a 150 gradi all'interno e a vapore di solvente caldo all'esterno funziona vicino alla temperatura di autoaccensione di alcune miscele di solventi-aria. Una sezione di tubo metallico cotta a secco-può raggiungere la temperatura del vapore, ben al di sopra dei limiti di sicurezza.
Il PTFE resiste a temperature continue fino a 260 gradi senza degradazione. Una breve esposizione al fuoco-secco a temperature tipiche del vapore di 120-160 gradi non provoca alcun cambiamento del materiale. La superficie in PTFE non ossida, catalizza o accende i vapori dei solventi. Una volta ripristinato il livello del solvente, la bobina in PTFE riprende il normale funzionamento senza danni.
I riscaldatori al quarzo offrono una resistenza chimica simile, ma si frantumano sotto lo shock termico del solvente freddo che colpisce una superficie calda-cotta a secco. Il PTFE assorbe lo shock termico mediante deformazione elastica senza fratture.
Risultati sul campo di un'operazione di sgrassaggio aerospaziale
Un produttore di componenti aerospaziali ha sostituito i riscaldatori a immersione in acciaio inossidabile negli sgrassatori a vapore di tricloroetilene con scambiatori di calore in PTFE a drenaggio per gravità. I riscaldatori in acciaio inossidabile dovevano essere sostituiti ogni 14-18 mesi a causa della corrosione. Il consumo di stabilizzante solvente è stato in media pari allo 0,8% del volume del bagno mensile.
Dopo l'installazione del PTFE, il consumo di stabilizzante del solvente è diminuito allo 0,3% mensile, suggerendo una ridotta generazione di HCl. La durata del bagno solvente è stata estesa da sei mesi a oltre nove mesi tra un cambio e l'altro. Il design dello scarico a gravità- ha eliminato due casi di perdita di vapore correlata alla condensa-che aveva precedentemente contaminato le cariche di solvente. In tre anni di funzionamento non si è verificato alcun incidente relativo alla sicurezza-correlato al riscaldatore.
Riepilogo
Lo sgrassaggio con solventi clorurati presenta rischi specifici per lo scambiatore di calore: corrosione da HCl derivante dall'idrolisi, contaminazione da perdite di vapore e pericolo di accensione di fuoco secco. Gli scambiatori metallici si guastano a causa della corrosione per vaiolatura e possono catalizzare la decomposizione del solvente.
Uno scambiatore di calore in PTFE con drenaggio per gravità- affronta tutti e tre i rischi. L'inerzia chimica elimina la corrosione e la catalisi dell'idrolisi. Il drenaggio completo della condensa previene la corrosione interna e i picchi di pressione del fuoco secco-. La tolleranza alle alte-temperature fornisce un margine di sicurezza-al fuoco secco ineguagliato da metalli o quarzo.
Per le operazioni di sgrassaggio a vapore che valutano opzioni di scambiatori di calore più sicure, l'analisi tecnica è disponibile previa presentazione del tipo di solvente, volume del bagno, temperatura operativa, pressione del vapore e geometria del serbatoio.
