Ένα χημικό εργοστάσιο αντικατέστησε έναν θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE 5 kW μετά από δεκατέσσερις μήνες λειτουργίας. Ο θερμαντήρας είχε περάσει μια δοκιμή συνέχειας και η θήκη δεν έδειξε ορατές ρωγμές. Όμως η αντίσταση μόνωσης είχε πέσει κάτω από τα 5 MΩ και τα σφάλματα γείωσης είχαν γίνει συχνά. Όταν η μονάδα άνοιξε για ανάλυση, το εσωτερικό πληρωτικό αποχρωματίστηκε και μολύνθηκε-με οξείδιο του σιδήρου, θειικές ενώσεις και υγρασία. Το πληρωτικό είχε απορροφήσει τη χημεία της διαδικασίας μέσω μιας διαδρομής αργής διείσδυσης και η μόλυνση είχε καταστρέψει τη μόνωση από το εσωτερικό.
Το εσωτερικό πληρωτικό-οξείδιο του μαγνησίου ή ένα παρόμοιο κεραμικό-είναι ο ηλεκτρικός μονωτήρας που διαχωρίζει το στοιχείο αντίστασης από το μεταλλικό περίβλημα. Σε έναν θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE, το υλικό πλήρωσης προστατεύεται από το ρευστό διεργασίας μέσω της εξωτερικής θήκης πολυμερούς. Όταν αυτή η προστασία διακυβεύεται-ακόμη και ελαφρώς-το υλικό πλήρωσης γίνεται η επόμενη γραμμή άμυνας και έχει περιορισμένη αντοχή στην υγρασία και τη χημική επίθεση.
Ο ρόλος του Filler στην κατασκευή θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE
Το οξείδιο του μαγνησίου επιλέγεται για μόνωση θερμαντικού στοιχείου επειδή έχει υψηλή διηλεκτρική αντοχή, καλή θερμική αγωγιμότητα και λογική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Συμπυκνώνεται στο χώρο μεταξύ του στοιχείου αντίστασης και της μεταλλικής θήκης, σχηματίζοντας ένα πυκνό, ηλεκτρικά μονωτικό φράγμα.
Το πληρωτικό MgO υψηλής ποιότητας-έχει καθαρότητα πάνω από 99% και πυκνότητα πάνω από 3,0 g/cm³. Είναι υδρόφοβο όπως λαμβάνεται, που σημαίνει ότι αντιστέκεται στην απορρόφηση υγρασίας. Ωστόσο, το MgO είναι υγροσκοπικό-θα απορροφήσει νερό από την ατμόσφαιρα ή από το υγρό της διεργασίας εάν του δοθεί η ευκαιρία. Μόλις απορροφηθεί, το νερό μειώνει την αντίσταση μόνωσης και μπορεί να αντιδράσει με το MgO για να σχηματίσει υδροξείδιο του μαγνησίου, το οποίο έχει χαμηλότερη διηλεκτρική αντοχή.
| Ιδιότητα πλήρωσης | Καινούργιο, Στεγνό Κατάσταση | Μετά την έκθεση στην υγρασία | Επίδραση στον θερμαντήρα |
|---|---|---|---|
| Διηλεκτρική αντοχή | >15 kV/mm | 5–10 kV/mm | Μειωμένη τάση διάσπασης |
| Αντοχή μόνωσης | >500 MΩ | <50 MΩ | Κίνδυνος σφάλματος γείωσης |
| Πυκνότητα | 3,0–3,3 g/cm³ | 2,5–2,9 g/cm³ | Μειωμένη θερμική αγωγιμότητα |
| Καθαρότητα | >99% MgO | 90–95% MgO | Μόλυνση, διάβρωση |
| Θερμική αγωγιμότητα | 30–40 W/m·K | 15–25 W/m·K | Υψηλότερη θερμοκρασία περιβλήματος |
Ιδιότητες πλήρωσης πριν και μετά από υγρασία και χημική μόλυνση
Πώς η Χημεία Διαδικασιών φτάνει στο Γέμισμα
Το πληρωτικό είναι ευάλωτο στη μόλυνση μέσω τριών οδών: διείσδυσης μέσω της θήκης PTFE, εισόδου στο στεγανοποιητικό τερματικό και μηχανικό ρήγμα του περιβλήματος.
Η διείσδυση είναι η πιο αργή οδός αλλά η πιο κοινή στις επιθετικές χημικές ουσίες. Μόρια νερού, είδη οξέος και διαλυμένα ιόντα διαχέονται μέσω του PTFE για μήνες λειτουργίας. Ο ρυθμός εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη χημεία και το πάχος του περιβλήματος. Μόλις περάσουν το PTFE, οι ρύποι μεταναστεύουν στο πληρωτικό, αντιδρώντας μαζί του και μειώνοντας τις μονωτικές του ιδιότητες.
Η είσοδος στεγανοποίησης ακροδεκτών επιτρέπει στην υγρασία και το υγρό διεργασίας να εισέλθουν στην ψυχρή ζώνη και να ταξιδέψουν κάτω από το πληρωτικό προς το θερμαινόμενο τμήμα. Αυτή η οδός είναι ταχύτερη από τη διείσδυση, αλλά συνήθως επηρεάζει μόνο το πάνω μέρος του θερμαντήρα κοντά στον τερματικό σταθμό.
Μια μηχανική παραβίαση-μια ρωγμή, μια αυλάκωση ή μια τρύπα καρφίτσας-επιτρέπει την άμεση επαφή μεταξύ του ρευστού διεργασίας και του πληρωτικού. Η μόλυνση είναι γρήγορη και εντοπισμένη και ο θερμαντήρας συνήθως αποτυγχάνει εντός ημερών ή εβδομάδων.
| Διαδρομή μόλυνσης | Ώρα για Αποτυχία | Επηρεασμένη περιοχή | Μείωση της αντίστασης μόνωσης | Δυνατότητα επισκευής |
|---|---|---|---|---|
| Διαπερατότητα θήκης | 6-18 μηνών | Πλήρες θερμαινόμενο μήκος | Βαθμιαίος | Οχι |
| Είσοδος στεγανοποίησης ακροδεκτών | 1–6 μήνες | Άνω τμήμα | Μέτρια έως γρήγορη | Μερικές φορές |
| Μηχανική παραβίαση | Ημέρες – εβδομάδες | Τοπική | Ταχύς | Οχι |
Οι οδοί μόλυνσης και οι επιπτώσεις τους στο πληρωτικό θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE
Οι χημικές αντιδράσεις που αποικοδομούν το υλικό πλήρωσης
Όταν η υγρασία φτάσει στο MgO, αντιδρά σχηματίζοντας υδροξείδιο του μαγνησίου: MgO + H2O → Mg(OH)2. Το υδροξείδιο του μαγνησίου έχει χαμηλότερη διηλεκτρική ισχύ και χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το MgO. Η αντίδραση είναι εξώθερμη, δημιουργώντας θερμότητα που μπορεί να επιταχύνει περαιτέρω την αποικοδόμηση.
Όταν τα είδη οξέος φτάνουν στο MgO, αντιδρούν για να σχηματίσουν άλατα μαγνησίου. Το θειικό οξύ σχηματίζει θειικό μαγνήσιο, το οποίο είναι διαλυτό και αγώγιμο. Το υδροχλωρικό οξύ σχηματίζει χλωριούχο μαγνήσιο, το οποίο είναι επίσης διαλυτό και εξαιρετικά διαβρωτικό στο στοιχείο αντίστασης. Αυτά τα άλατα αυξάνουν την αγωγιμότητα του πληρωτικού και μπορεί να διαβρώσουν το σύρμα αντίστασης.
Ο συνδυασμός υγρασίας και οξέος είναι ιδιαίτερα επιζήμιος. Το οξύ διαλύει το MgO, δημιουργώντας κενά και μονοπάτια που επιτρέπουν περαιτέρω είσοδο. Το στοιχείο αντίστασης εκτίθεται στη χημεία της διεργασίας και ο θερμαντήρας αποτυγχάνει από μέσα προς τα έξω.
Συμπτώματα μόλυνσης με πληρωτικά
Το μολυσμένο πληρωτικό παράγει ένα χαρακτηριστικό σύνολο συμπτωμάτων που το διακρίνουν από άλλους τρόπους αστοχίας.
Η αντίσταση μόνωσης μειώνεται σταδιακά μέσα σε εβδομάδες ή μήνες. Η πτώση είναι συνήθως μονότονη-κάθε μέτρηση είναι χαμηλότερη από την προηγούμενη. Μια σταθερή ένδειξη που ακολουθείται από μια ξαφνική πτώση υποδηλώνει ένα διαφορετικό πρόβλημα, όπως μια μηχανική παραβίαση.
Οι διαδρομές με ρήγματα εδάφους γίνονται πιο συχνές καθώς εξελίσσεται η μόλυνση. Το πρώτο ταξίδι μπορεί να συμβεί μετά από μήνες κανονικής λειτουργίας. Οι επόμενες διαδρομές πραγματοποιούνται πιο κοντά μεταξύ τους και τελικά ο θερμαντήρας ενεργοποιείται αμέσως μετά την επαναφορά.
Το περίβλημα μπορεί να παρουσιάσει αποχρωματισμό ή μια μαλακή περιοχή με φουσκάλες εάν η μόλυνση εντοπιστεί κοντά σε ένα ρήγμα. Ωστόσο, σε μόλυνση που προκαλείται από διείσδυση-, το περίβλημα φαίνεται συχνά άθικτο ακόμα και όταν το πληρωτικό έχει υποβαθμιστεί σοβαρά.
| Σύμπτωμα | Μόλυνση πληρωτικού | Ράγισμα θήκης | Δημιουργία κλίμακας |
|---|---|---|---|
| Αντοχή μόνωσης | Σταδιακή πτώση | Ξαφνική πτώση | Σταθερός |
| Διαδρομές εδαφών | Αύξηση συχνότητας | Αμεσος | Κανένας |
| Εμφάνιση θήκης | Συχνά ανέπαφο | Ορατή ρωγμή | Ορατό κατάθεση |
| Χρόνος θέρμανσης- | Ελαφρώς αυξημένο | Φυσιολογικό ή αυξημένο | Αυξημένη |
| Τρέχουσα κλήρωση | Κανονικός | Κανονικός | Κανονικός |
Σύγκριση συμπτωμάτων για συνήθεις τρόπους αστοχίας του θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE
Πρόληψη μόλυνσης με πληρωτικά
Η πιο αποτελεσματική πρόληψη είναι να διατηρήσετε ανέπαφη τη θήκη PTFE και το περίβλημα των ακροδεκτών σφραγισμένο. Αυτό σημαίνει την επιλογή μιας πυκνότητας watt που διατηρεί τη θερμοκρασία του περιβλήματος εντός ασφαλών ορίων, τη διατήρηση του επαρκούς βάθους βύθισης και την τακτική επιθεώρηση του θερμαντήρα για σημάδια ζημιάς.
Το πληρωτικό MgO υψηλής-πυκνότητας με χαμηλή απορρόφηση υγρασίας παρέχει καλύτερη αντίσταση στη μόλυνση από το τυπικό πληρωτικό. Ορισμένοι κατασκευαστές προσφέρουν MgO με επίστρωση-ανθεκτική στην υγρασία ή υδρόφοβο πρόσθετο που επιβραδύνει την απορρόφηση του νερού και της χημείας.
Τα σφραγισμένα περιβλήματα ακροδεκτών με συσκευασίες ξηραντικού ή αεραγωγούς εξαερισμού μειώνουν την είσοδο υγρασίας στο ψυχρό άκρο. Η τσιμούχα θα πρέπει να επιθεωρείται σε κάθε μεσοδιάστημα συντήρησης και να αντικαθίσταται εάν συμπιέζεται ή έχει ραγίσει.
Όταν η μόλυνση πλήρωσης σηματοδοτεί ένα πρόβλημα προδιαγραφών
Επανειλημμένες αστοχίες μόλυνσης πλήρωσης στην ίδια δεξαμενή υποδεικνύουν ότι ο θερμαντήρας λειτουργεί σε συνθήκες που υπερβαίνουν τα σχεδιαστικά του όρια. Η υψηλή θερμοκρασία, η επιθετική χημεία ή η υψηλή πυκνότητα watt επιταχύνουν τη διείσδυση και μειώνουν το χρόνο μέχρι τη μόλυνση. Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με παχύτερο περίβλημα, χαμηλότερη πυκνότητα watt και βελτιωμένη στεγανοποίηση παρατείνει το χρόνο πριν από την εμφάνιση μόλυνσης. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τη χημεία του λουτρού, τη θερμοκρασία λειτουργίας, το πάχος του περιβλήματος και το ιστορικό αστοχίας προηγούμενων θερμαντήρων.
