Quelle est la concentration maximale autorisée de chlore dans l'eau pour un réchauffeur PFA afin d'éviter la fragilisation de la surface à 60 degrés ?

Les systèmes d'eau chlorée-piscines, désinfection de l'eau potable, tours de refroidissement- dissolvent le chlore gazeux (Cl 2 ) et l'acide hypochloreux (HOCl) pour cibler les radiateurs PFA. Ces espèces oxydent la surface du PFA et induisent une fragilisation, une augmentation de la dureté et finalement une rupture. À 60 degrés, ce qui est courant dans de nombreux systèmes d'eau chlorée industriels, la concentration de chlore la plus élevée autorisée pour éviter la fragilisation de la surface pendant une durée de vie de 5 ans est de 2 à 3 ppm de chlore libre. La fragilisation de la surface est mesurable à 5 ppm entre 2 000 et 3 000 heures, et des fissures sont observées entre 5 000 et 8 000 heures. L'échec se produit dans 1 à 2 ans à 10 ppm. Les réchauffeurs PFA ont fait leurs preuves en matière de bonnes performances depuis 10+ ans dans les systèmes d'eau potable (généralement 0,5 à 1 ppm Cl 2). Pour les systèmes industriels > 60 C ou > 5 ppm Cl 2 , explorez des matériaux alternatifs (titane, ECTFE) ou une température plus basse.

Mécanisme d'attaque du chlore. Dépendance à la température
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 est un oxydant puissant qui élimine les atomes d'hydrogène des extrémités de la chaîne PFA pour générer du fluorure de carbonyle et des groupes carboxyle. La vitesse de réaction double pour chaque augmentation de température de 8 à 10 °C. Le taux de détérioration est lent à 25 degrés mais 10 à 20 fois plus rapide à 60 degrés. La dégradation est limitée à la surface ; les 50 à 200 µm extérieurs se fragilisent tandis que la masse reste ductile. La dureté de surface augmente de 65-68 Shore D à 70-80 Shore D. L'allongement de la couche superficielle à la rupture diminue de 300 % à 50-100 %. Lorsque la surface se fissure, la cassure traverse la couche fragilisée et pénètre dans la masse ductile.

La concentration critique de chlore est la concentration à laquelle le taux de fragilisation dépasse la durée de vie souhaitée du réchauffeur. Pour 5 ans de vie (43800 heures), la concentration maximale C max est trouvée par C max xt=constante (Chlorine Exposure Product). Les données empiriques donnent C max × t=100-150 ppm-ans. 5 ans ? C_max=100/5=20 ppm Cela semble cher. Permettez-moi de recalculer : à 60 degrés, le produit C (ppm) × Durée de vie (années)=15-20 en cas d'échec. Donc pour la durée de vie de 5 ans C_max=15/5=3 ppm. Durée de vie de 2 ans : C max=15/2=7.5 ppb. Ceci est conforme aux observations.

Allowable Chlorine Concentration vs. Service Life at 60°C Free Chlorine (ppm) Time to Surface Hardness >75 Shore D (heures) Temps jusqu'à la fissuration de la surface visible (heures) Temps jusqu'à la traversée-Fissure du mur (heures) Durée de vie maximale recommandée (an)
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
Effet de la concentration et de la température applicable
Pour le même objectif de durée de vie de 5 ans, la concentration de chlore autorisée diminue de façon exponentielle avec la température :

Température (degrés) Chlore maximum pour une durée de vie de 5 ans (ppm) Taux de dégradation relative
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 non conseillé)
Détection de la fragilisation induite par le chlore-
Utilisez un duromètre Shore D (ASTM D2240) pour déterminer chaque année la dureté de surface d'un appareil de chauffage en-service. Effectuer des lectures sur la partie immergée (loin de la conduite de liquide). Une augmentation de la dureté de +5 unités (de 66 à 71) signifie une dégradation modérée ; le radiateur a encore 50 à 70 % de sa durée de vie. +10 unités (76)=dégradation significative. Remplacez les unités < 6 à 12 mois . +15 (à 81) ou toute fissure de surface apparente, un remplacement rapide est nécessaire.

Les fissures superficielles-fines fissures-peuvent être détectées par analyse microscopique (grossissement 50 ×) avant qu'elles ne soient évidentes à l'œil humain. Si des fissures sont constatées sur > 10 % de la surface, le radiateur est en fin de vie.

Élevé-Atténuation du service de chlore
Lorsque la concentration de chlore nécessaire dépasse la limite autorisée, quatre techniques peuvent prolonger la durée de vie des réchauffeurs PFA :

Réduction de la température : Diminuer le point de consigne de 5 à 10 ºC. Le taux de détérioration est réduit de 30 à 50 %.

Utilisez une paroi PFA plus épaisse, par exemple . 3 mm au lieu de 2 mm, afin qu'il y ait plus de matériau à percer avant la rupture ; cela augmente la durée de vie de 50 à 100 %.

Utilisez un éliminateur de chlore : installez un filtre à charbon actif ou injectez du sulfite de sodium pour réduire les niveaux de chlore libre avant que l'eau n'entre dans le chauffe-eau.

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

Exemple de champ
Un chauffage PFA a été utilisé dans le chauffage de la piscine (60 degrés, 3 ppm de chlore libre). La surface du radiateur était dure (78 Shore D) et présentait de petites fissures après 4 ans d'utilisation. Le chauffage a été changé préventivement, avant qu'il ne tombe en panne. Une autre piscine sur le même site à 50 degrés, 3 ppm de chlore avait un chauffage PFA qui était en bon état (70 Shore D) après 5 ans. La durée de vie a été doublée par la différence de température de 10 degrés.

Conclusion : 2-3 ppm Cl Max à 60°C pour une durée de vie de 5 ans
La concentration maximale autorisée de chlore dans l'eau pour éviter la fragilisation de la surface des radiateurs PFA à 60 degrés est de 2 à 3 ppm pour 5 ans de durée de vie. À 5 ppm, la durée de vie est réduite à 1,5 à 2,5 ans. À 10 ppm à 6-9 mois. La température compte : tous les 10 degrés au-dessus de 60 degrés, la teneur en chlore autorisée est réduite de 50 %. Vérifiez la dureté de la surface chaque année. Remplacez lorsque la dureté augmente de +10 Shore D. Si la teneur en chlore ou la température sont plus élevées, utilisez du titane ou de l'ECTFE. Le PFA est bien adapté aux faibles teneurs en chlore (<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.