ความท้าทายในการช็อกด้วยความร้อนในการให้ความร้อนแบบกัดกร่อนแบบแบตช์
ถังโซดาไฟแบบแบตช์จะหมุนเวียนจาก 15 องศา (ประจุใหม่) ถึง 80 องศา (อุณหภูมิกระบวนการ) และย้อนกลับระหว่างการระบายน้ำและเติม เมื่อเครื่องทำความร้อนสัมผัสกับสารกัดกร่อนเย็นหลังการทำงานที่ร้อน ความเครียดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะเกิดขึ้น ความหนาของผนัง PFA เป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วเหล่านี้ การวิเคราะห์เชิงปริมาณจากโรงงานแปรรูปที่มีฤทธิ์กัดกร่อน 18 แห่งแสดงให้เห็นว่าผนัง PFA ขนาด 1.5 มม. สามารถอยู่รอดได้ 800-1200 รอบก่อนที่จะเกิดการแตกร้าว ผนัง 2.5 มม. ทนได้ 1800-2500 รอบ และผนัง 3.0 มม. ใช้งานได้เกิน 3000 รอบ
กลไกการกระแทกด้วยความร้อนและการคำนวณความเครียด
เมื่อเครื่องทำความร้อน PFA ร้อน (80 องศา) ถูกจุ่มลงในสารกัดกร่อนเย็น (15 องศา) โดยฉับพลัน พื้นผิวจะหดตัวอย่างรวดเร็วในขณะที่ภายในยังคงขยายตัวอยู่ สิ่งนี้สร้างความเค้นดึงบนพื้นผิว คำนวณเป็น σ=E × × ΔT / (1-ν) โดยที่ E คือโมดูลัส (480 MPa ที่ 80 องศา ) คือสัมประสิทธิ์การขยายตัว (120 ppm/ องศา ), ΔT คือ 65 องศา และ ν คืออัตราส่วนของปัวซอง (0.46) ความเค้นทางทฤษฎีคือ 480 × 120e-6 × 65 / 0.54=6.9 MPa ความต้านทานแรงดึงของ PFA อยู่ที่ 25-28 MPa ดังนั้นแรงกระแทกครั้งเดียวจึงไม่ทำให้เกิดความเสียหาย อย่างไรก็ตาม การปั่นจักรยานซ้ำๆ ทำให้เกิดการเริ่มและการแพร่กระจายของรอยแตกเมื่อยล้า
วงจรชีวิตเทียบกับความหนาของผนัง
การทดสอบแบบเร่งด้วยการดับเต็มที่ 80 องศาถึง 15 องศาใน NaOH 50% โดยมีการสัมผัสอากาศระหว่างรอบ (ไม่มีการบังคับระบายความร้อน):
| ความหนาของผนัง (มม.) | ความเครียดจากความร้อนที่พื้นผิว (MPa) | วนรอบไปสู่รอยแตกแรกที่มองเห็นได้ | วนผ่าน-กำแพงร้าว | โหมดความล้มเหลว |
|---|---|---|---|---|
| 1.5มม | 6.9 | 800 | 1,200 | การพังทลายของพื้นผิว → การแพร่กระจาย |
| 2.0มม | 6.9 | 1,100 | 1,800 | การเริ่มต้นแคร็กที่เธรด |
| 2.5มม | 6.9 | 1,500 | 2,500 | การแพร่กระจายของรอยแตกช้าลง |
| 3.0มม | 6.9 | 2,000 | 3,500+ | จำกัดอยู่ที่พื้นผิว |
ไซต์เริ่มต้นการแตกร้าวและความหนาของผนัง
รอยแตกร้าวเริ่มต้นที่จุดที่มีความเข้มข้นของความเค้น: เส้นของแม่พิมพ์ ข้อบกพร่องที่พื้นผิว หรือการเปลี่ยนผ่านที่เหมาะสม ผนังที่หนาขึ้นจะกระจายความเค้นบนวัสดุมากขึ้น ช่วยลดปัจจัยความเข้มของความเค้นที่ปลายรอยแตกร้าว สำหรับข้อบกพร่องที่มีขนาด 50µm:
ในผนังขนาด 1.5 มม. รอยแตกจะแพร่กระจายผ่านวัสดุที่เหลืออีก 1.45 มม
ในผนัง 3.0 มม. รอยแตกจะต้องขยายผ่าน 2.95 มม. โดยใช้เวลามากกว่า 3 เท่า
นอกจากนี้ ผนังที่หนากว่ายังมีการไล่ระดับอุณหภูมิที่เหนี่ยวนำให้เกิดการดับ-ต่ำกว่า เนื่องจากเวลาการแพร่กระจายความร้อนจะแปรผันตามความหนายกกำลังสอง
ดับความรุนแรงและอัตรารอบ
ความแตกต่างของอุณหภูมิ 65 องศาแสดงถึงการหมุนเวียนเป็นชุดทั่วไป การดับที่รุนแรงยิ่งขึ้น (เช่น 80 องศาถึง 5 องศา , 75 องศา ΔT) จะเพิ่มความเครียด 15% และลดอายุการใช้งานของวงจรลง 50% สำหรับทุกความหนา การดับช้าลง (ปั๊ม-สารกัดกร่อนเย็นเข้าไปเป็นเวลา 60 วินาทีเทียบกับ. 5 วินาที) จะลดประสิทธิภาพ ΔT โดยปล่อยให้เย็นลงก่อน- อัตราปั่นจักรยานก็มีความสำคัญเช่นกัน: 10 รอบต่อวัน (การปั่นจักรยานเร็ว) ทำให้เกิดความเหนื่อยล้ามากกว่า 1 รอบต่อวัน เนื่องจากมีเวลาผ่อนคลายความเครียดระหว่างกิจกรรมน้อยลง
ผลการติดตั้งและการสิ้นสุด
พื้นที่ปลายที่ PFA ตรงกับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าคือจุดเริ่มต้นรอยแตกทั่วไปเนื่องจากความเข้มข้นของความเค้นทางเรขาคณิต ความหนาของผนังที่จุดสิ้นสุดมักจะลดลงโดยอุปกรณ์อัด สำหรับการใช้งานรอบสูง- ให้ระบุส่วนปลายแบบหล่อที่มีการคลายความเครียดในตัว เพื่อรักษาความหนาของผนังทั้งหมดให้กับตัวเรือนไฟฟ้า หลีกเลี่ยงอุปกรณ์บีบอัดทางกลโดยตรงบน PFA ซึ่งทำให้เกิดรอยบาก สำหรับผนัง 1.5 มม. 80% ของความล้มเหลวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันเกิดขึ้นที่จุดสิ้นสุด สำหรับผนัง 3.0 มม. เพียง 30%
การเลือกความหนาของผนังตามความต้องการของรอบ
| รอบที่คาดหวังตลอดอายุการใช้งานของฮีตเตอร์ | ความหนาของผนังที่แนะนำ | เกรดพีเอฟเอ | ประเภทการสิ้นสุด |
|---|---|---|---|
| < 500 | 1.5มม | มาตรฐาน | ใดๆ |
| 500-1000 | 1.8มม | มาตรฐาน | หล่อ |
| 1000-1500 | 2.0มม | น้ำหนักโมเลกุลสูง | ขึ้นรูปด้วยการผ่อนแรง |
| 1500-2000 | 2.5มม | น้ำหนักโมเลกุลสูง | ขึ้นรูปด้วยการผ่อนแรง |
| 2000-3000 | 3.0มม | น้ำหนักโมเลกุลสูง+อบอ่อน | ขึ้นรูปเป็นชิ้นเดียว |
| > 3000 | 3.5มม | ผลกระทบ-ได้รับการแก้ไขแล้ว | ขึ้นรูปเป็นชิ้นเดียว |
คำแนะนำข้อมูลจำเพาะสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบกัดกร่อนแบบแบตช์
For batch caustic soda tanks cycling from 15°C to 80°C, specify PFA heater wall thickness based on expected cycles: 2.0mm for up to 1500 cycles, 2.5mm for 1500-2500 cycles, 3.0mm for >2,500 รอบ (โดยทั่วไป 5- การดำเนินการปีที่ 1 รอบต่อวัน=1825 รอบ) ต้องได้รับการรับรองจากซัพพลายเออร์สำหรับการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน: 1,000 รอบจาก 80 องศาถึง 15 องศาใน NaOH 50% โดยไม่มีรอยแตกร้าวที่กำลังขยาย 20 เท่า สำหรับการใช้งานรอบสูง- ให้ระบุ PFA อบอ่อน (บรรเทาความเครียด) และส่วนปลายแบบหล่อพร้อมระบบคลายความเครียดในตัว เมื่อขอใบเสนอราคา ให้ระบุความถี่ของรอบการทำงานที่คาดหวังและความเข้มข้นของสารกัดกร่อน ค่าพรีเมียมสำหรับผนัง 3.0 มม. เทียบกับ. 1.5 มม. (30-40%) ได้รับการพิสูจน์ด้วยอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น 3 เท่าในบริการหมุนเวียนความร้อน ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนสำหรับการเปลี่ยนเครื่องทำความร้อน สำหรับการทำงานต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันโดยมีการหมุนเวียนน้อยครั้ง ผนังหนา 1.5 มม. ก็เพียงพอแล้ว
