Kuidas aitavad PTFE-küttekehad kaasa tööstusprotsesside energiatõhususele ja heitkoguste vähendamisele?

Söövitavates kütteseadmetes vajab määrdunud, korrodeeruv metallist küttekeha rohkem energiat, et toota vanni sama soojust. PTFE-soojendid on mittenakkuvad ja keemiliselt inertsed ning säilitavad oma soojusefektiivsuse vanusega, vähendades seega kaudselt energiatarbimist ja sellega kaasnevat süsinikdioksiidi heitkogust. Kuna tööstusharudel on kasvav surve tegevuskulusid kokku hoida ja saavutada süsinikdioksiidiheite vähendamise eesmärgid, on kütteseadmete materjali valik muutunud energiahalduses võtmetähtsusega otsuseks.

Metallküttekehade efektiivsuse vähenemise probleem
Metallist küttekehasid kasutatakse söövitavates vannides, näiteks happesöövitusliinides, galvaniseerimispaakides ja keemilistes reaktorites ning need on sageli valmistatud roostevabast terasest, titaanist või süsinikterasest. Aja jooksul reageerivad need metallid protsessivedelikule. Kerise pind on kaetud korrosiooniproduktidega (oksiidid, kloriidid või sulfaadid). Samal ajal sadestuvad kuumale metallile anorgaanilised soolad, orgaanilised jäägid ja kõva vee katlakivi.

See saastekiht on soojusisolaator. Skaala soojusjuhtivus on tavaliselt umbes 0,5–2 W/m·K, mis on tõsiseks takistuseks puhta metalli puhul (roostevaba terase puhul umbes 15 W/m·K). Selle lisatakistuse ületamiseks peab kütteseade seejärel töötama kõrgemal sisetemperatuuril, sundides vanni saavutama seadeväärtust. Temperatuuriregulaator reageerib pikemate ja/või sagedasemate küttetsüklitega. Kerise pind on kuumem kui vannis ja see toob kaasa suuremad soojuskadud ümbritsevasse.

Tulemuseks on energiatõhususe aeglane erosioon. Pärast kuuekuulist pidevat töötamist võib roostevabast terasest küttekeha 70-kraadises happevannis kaotada katlakivi ja korrosiooniladestuste tõttu 10-15% oma soojusülekande efektiivsusest. Mõnel metallsoojendil on oluliselt suuremad kaod, eriti kareda vee või kõrge kuivainesisaldusega töökorras.

Kuidas PTFE-küttekehad tõhusust säilitavad
PTFE (polütetrafluoroetüleen) küttekehade vananemiskäitumine on põhimõtteliselt erinev. Aine on keemiliselt inertne enamiku tööstuslike hapete, aluste ja lahustite suhtes. Selle pinnale ei moodustu korrosioonikihti. PTFE-l on mitte-kleepuv omadus, mis muudab selle populaarseks toiduvalmistamisel, mis on vastupidav katlakivi adhesioonile, sooladele ja orgaanilisele saastumisele.

PTFE-küttekeha püsib soojusülekande pinnal kauem puhas. Lõpuks võib tekkida saastet (nt sadestunud soolad või bioloogiline kasv), kuigi see on tavaliselt vähem nakkuv ja tavapärase puhastamisega lihtsam eemaldada kui metallpindadel. Jätkuv puhtus tagab koheselt soojusülekande jätkuva jõudluse.

PTFE tõhususe eelis ei seisne mitte ainult esialgses disainis, vaid ka püsivas jõudluses kuude või aastate jooksul söövitava kasutamise ajal. Samas 70 kraadises happevannis kaotab roostevabast terasest küttekeha oma efektiivsusest kuue kuuga 10–15%, samas kui PTFE küttekeha võib sama pika aja jooksul kaotada vaid 2–3%. See erinevus annab märkimisväärse energiasäästu küttekeha eluea jooksul.

PTFE alumise baasjuhtivuse tuvastamine
PTFE-l on madal soojusjuhtivus, umbes 0,25 W/m K, mis on palju madalam kui metallidel. Puhtal metallsoojendil on oluliselt madalam soojustakistus läbi seina kui sama paksusega PTFE-soojendil. Kuid see võrdlus on tegelikus söövitavas teeninduses ebatäpne. Metallist küttekeha tekitab kiiresti saastekihi, mis on isolaator ja lisab takistust. Pikemas perspektiivis võib PTFE-kütteseade olla veelgi tõhusam, kuna see on õhema seina (tavaliselt 1–2 mm) ja vähese määrdumise tõttu, mis tähendab pärast mõnekuulist töötamist väiksemat üldist soojustakistust.

Samuti, kuna PTFE sisemine takistus on juba suur, on väikese saastumise lisamine väiksem kui metallist küttekeha puhul, kus puhta metalli takistus on minimaalne. Seetõttu on PTFE-süsteemil suurem vastupidavus saastumisest põhjustatud efektiivsuse vähenemisele.

Energiasääst kvantifitseeritud (kvalitatiivne)
Täpne kokkuhoid sõltub vanni keemiast, temperatuurist ja töötsüklist, kuid tegelik kogemus näitab:

Metallküttekeha pärast 6 kuud mõõdukat happekasutust Tõhususe vähenemine 10-15% Sama vannitemperatuuri saavutamiseks on vaja 10-18% rohkem energiat

PTFE küttekeha pärast sama hooldust: efektiivsuse kaotus 2-5%, mis nõuab minimaalset lisaenergiat

100 kW küttekoormuse korral, mis töötab 8000 tundi aastas, toob 10% efektiivsuse kadu 80 000 kWh rohkem kasutust aastas. Tööstusliku elektri hind 0,10/��ℎ,�ℎ����0,10/kWh, see tähendab raisatud energiana 8000 aastas. Pluss sellega seotud süsinikuheide.

Heitkoguste vähendamise tee
Iga säästetud kilovatt-tund minimeerib protsessi süsinikumõju. Vaid mõne protsendipunkti võrra tõhususe suurenemine aasta pideva töötamise jooksul võib võrduda tonnide säästetud CO2 heitkogustega, eriti piirkondades, kus on palju süsinikdioksiidi{2}}intensiivseid energiavõrke. Näiteks kui ei kasutata 80 000 kWh aastas süsteemis, mis toodab 0,4 kg CO2/kWh (maagaasi{8}}küttega võimsuse keskmine), kaotab aastas 32 tonni CO2. Suurel kivisöevõrgul (0,9 kg CO2 kWh kohta) on sääst rohkem kui 70 tonni aastas.

Heitkoguste vähendamise potentsiaal on kumulatiivne, kui arvestada sadu kütteseadmeid suures pinnaviimistlus- või keemiatehases. PTFE-küttekehade energiatõhusus ja heitkoguste vähendamine on seega otseselt seotud ettevõtte jätkusuutlikkuse aruandluse ja teaduspõhiste eesmärkide algatuse (SBTi) kohustustega.

Energiaga seotud lisahüved
PTFE-soojendid pakuvad lisaks säilivale tõhususele ka muid energia- ja heitkoguste eeliseid:

Vähendatud seisakuaega hoolduseks - Harvem puhastus tähendab vähem häireid tootmises ja energiakadu pärast hooldusseisakuid soojendamisel.

Katoodkaitse puudub - Mõnes teenuses vajavad metallsoojendid tugevat voolu või kaitseanoode, mis kasutavad täiendavat elektrit. PTFE küttekehad on elektriliselt isoleerivad ega vaja kaitset.

Ühildub tõhusa protsessi ülesehitusega - PTFE inertsus võimaldab otsest sukeldamist söövitavatesse vannidesse, välistades väliste soojusvahetite või kattega anumate efektiivsuskaod.

Piirangud ja toetused
PTFE heaters are not necessarily better. They need thinner walls (usually 1 to 2 mm) and careful design to provide the required heat flux because of their low thermal conductivity. The maximum operating temperature is approximately 160 °C for continuous service (higher for brief periods). For high temperature corrosive processes (e.g. >180 kraadi) võib osutuda vajalikuks alternatiivsed fluoropolümeerid, näiteks PFA või metallvoodriga seadmed. Füüsilised kahjustused või hõõrdumine võivad kahjustada ka õhukest PTFE-katet ja avada sisemise küttekeha korrosioonile.

Siiski pakuvad PTFE-soojendid oma tööpiirkonnas (sageli vähem kui 150 kraadi või sellega võrdne, agressiivsed happed ja alused, puhtad -kuni -määrduvad vannid) atraktiivse kombinatsiooni pikaajalisest-tõhususest ja keemilisest vastupidavusest.

Kokkuvõte:
PTFE-soojendid on oma olemuselt vastupidavad saastumisele ja korrosioonile, aidates saavutada tööstusliku energiatõhususe ja süsinikdioksiidi vähendamise eesmärke. PTFE-soojendil ei pruugi olla puhas metallist küttekeha algselt madal soojustakistus, kuid selle võime säilitada aja jooksul jõudlust, - vältides metalliseadmetes tavapäraseid 10–15% efektiivsuse kadu, tähendab väiksemat energiatarbimist ja väiksemat süsinikdioksiidi heitkogust. Materjalide valimine pikaajaliseks toimimiseks on energiahalduse peamine aspekt. PTFE-soojendid pakuvad tõestatud võimalust vähendada kasutuskulusid ja väiksemat keskkonnajalajälge söövitavate kütteseadmete puhul, kus saastumine ja korrosioon on vältimatud.