ฟิลเลอร์ภายในที่ปนเปื้อนทำให้เกิดความล้มเหลวของฮีตเตอร์แบบจุ่ม PTFE ได้อย่างไร

โรงงานเคมีแห่งหนึ่งได้เปลี่ยนเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ขนาด 5 กิโลวัตต์ หลังจากใช้งานไปสิบสี่เดือน เครื่องทำความร้อนผ่านการทดสอบความต่อเนื่อง และปลอกหุ้มไม่มีรอยแตกที่มองเห็นได้ แต่ความต้านทานของฉนวนลดลงต่ำกว่า 5 MΩ และการเกิดข้อผิดพลาดของกราวด์เกิดขึ้นบ่อยครั้ง เมื่อเปิดเครื่องเพื่อทำการวิเคราะห์ ฟิลเลอร์ภายในจะเปลี่ยนสีและเกิดการเกาะเป็นก้อน-ซึ่งปนเปื้อนด้วยเหล็กออกไซด์ สารประกอบซัลเฟต และความชื้น สารตัวเติมได้ดูดซับสารเคมีในกระบวนการผ่านวิถีการซึมผ่านที่ช้า และการปนเปื้อนได้ทำลายฉนวนจากภายใน

สารตัวเติมภายใน-แมกนีเซียมออกไซด์หรือเซรามิกที่คล้ายกัน-เป็นฉนวนไฟฟ้าที่แยกองค์ประกอบความต้านทานออกจากปลอกโลหะ ในเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ฟิลเลอร์ได้รับการปกป้องจากของไหลในกระบวนการโดยเปลือกด้านนอกโพลีเมอร์ เมื่อการป้องกันนั้นถูกบุกรุก-แม้เพียงเล็กน้อย- สารตัวเติมจะกลายเป็นแนวป้องกันถัดไป และมีความต้านทานต่อความชื้นและสารเคมีที่จำกัด

บทบาทของฟิลเลอร์ในการก่อสร้างเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE

แมกนีเซียมออกไซด์ถูกเลือกให้เป็นฉนวนองค์ประกอบความร้อนเนื่องจากมีความเป็นฉนวนสูง มีการนำความร้อนได้ดี และมีความคงตัวที่เหมาะสมที่อุณหภูมิสูง มันถูกอัดแน่นลงในช่องว่างระหว่างส่วนต้านทานและปลอกโลหะ ทำให้เกิดเป็นแผงกั้นฉนวนไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูง

สารตัวเติม MgO คุณภาพสูง-มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99% และมีความหนาแน่นมากกว่า 3.0 g/cm³ เมื่อได้รับจะไม่ชอบน้ำ ซึ่งหมายความว่าจะต้านทานการดูดซึมความชื้น อย่างไรก็ตาม MgO สามารถดูดความชื้นได้-โดยจะดูดซับน้ำจากบรรยากาศหรือจากของเหลวในกระบวนการหากได้รับโอกาส เมื่อดูดซึมแล้ว น้ำจะลดความต้านทานของฉนวนและสามารถทำปฏิกิริยากับ MgO เพื่อสร้างแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ซึ่งมีความเป็นฉนวนต่ำกว่า

คุณสมบัติฟิลเลอร์ก่อนและหลังความชื้นและสารเคมีปนเปื้อน

เคมีกระบวนการเข้าถึงสารตัวเติมได้อย่างไร

ฟิลเลอร์มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนผ่านสามช่องทาง: การซึมผ่านปลอก PTFE, ทางเข้าที่ซีลขั้วต่อ และการละเมิดทางกลของปลอก

การซึมผ่านเป็นวิถีทางที่ช้าที่สุดแต่พบได้บ่อยที่สุดในเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรง โมเลกุลของน้ำ ชนิดของกรด และไอออนที่ละลายจะแพร่กระจายผ่าน PTFE ตลอดระยะเวลาการทำงานหลายเดือน อัตราขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เคมี และความหนาของฝัก เมื่อผ่าน PTFE สารปนเปื้อนจะย้ายเข้าไปในฟิลเลอร์ ทำปฏิกิริยากับฟิลเลอร์ และลดคุณสมบัติการเป็นฉนวน

ทางเข้าของซีลที่ขั้วต่อช่วยให้ความชื้นและของเหลวในกระบวนการเข้าสู่บริเวณเย็น และเคลื่อนตัวลงไปตามฟิลเลอร์ไปยังส่วนที่ได้รับความร้อน ทางเดินนี้เร็วกว่าการซึมผ่าน แต่มักจะส่งผลต่อส่วนบนของเครื่องทำความร้อนใกล้กับสถานีปลายทางเท่านั้น

รอยแตกทางกลไก-รอยแตกร้าว รอยเซาะ หรือรูเข็ม-ทำให้ของเหลวในกระบวนการสัมผัสกันโดยตรงและตัวเติม การปนเปื้อนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและเฉพาะที่ และโดยทั่วไปเครื่องทำความร้อนจะใช้งานไม่ได้ภายในไม่กี่วันหรือหลายสัปดาห์

วิถีการปนเปื้อนและผลกระทบต่อฟิลเลอร์ฮีตเตอร์แช่ PTFE

ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้ฟิลเลอร์เสื่อมสภาพ

เมื่อความชื้นไปถึง MgO มันจะทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์: MgO + H₂O → Mg(OH)₂ แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์มีความเป็นฉนวนต่ำกว่าและค่าการนำความร้อนต่ำกว่า MgO ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ทำให้เกิดความร้อนที่สามารถเร่งการย่อยสลายได้มากขึ้น

เมื่อกรดมีถึง MgO พวกมันจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างเกลือแมกนีเซียม กรดซัลฟูริกก่อให้เกิดแมกนีเซียมซัลเฟต ซึ่งสามารถละลายได้และเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า กรดไฮโดรคลอริกก่อให้เกิดแมกนีเซียมคลอไรด์ ซึ่งสามารถละลายได้และมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงต่อองค์ประกอบต้านทาน เกลือเหล่านี้จะเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของฟิลเลอร์และสามารถกัดกร่อนลวดต้านทานได้

ส่วนผสมของความชื้นและกรดเป็นอันตรายอย่างยิ่ง กรดจะละลาย MgO ทำให้เกิดช่องว่างและทางเดินที่ยอมให้เข้าไปได้อีก องค์ประกอบความต้านทานสัมผัสกับสารเคมีในกระบวนการ และเครื่องทำความร้อนล้มเหลวจากภายในสู่ภายนอก

อาการของการปนเปื้อนของฟิลเลอร์

ฟิลเลอร์ที่ปนเปื้อนจะทำให้เกิดชุดอาการที่แตกต่างจากโหมดความล้มเหลวอื่นๆ

ความต้านทานของฉนวนจะค่อยๆ ลดลงในช่วงสัปดาห์หรือเป็นเดือน การลดลงมักจะเป็นแบบโมโนโทนิก-ค่าที่อ่านได้แต่ละครั้งจะต่ำกว่าค่าครั้งล่าสุด ค่าที่อ่านได้คงที่ตามด้วยการลดลงกะทันหันบ่งชี้ถึงปัญหาอื่น เช่น ความเสียหายทางกล

การตัดการทำงานของกราวด์ฟอลต์จะบ่อยขึ้นเมื่อมีการปนเปื้อนเกิดขึ้น การเดินทางครั้งแรกอาจเกิดขึ้นหลังจากใช้งานปกติเป็นเวลาหลายเดือน ทริปต่อมาจะเกิดขึ้นใกล้กันมากขึ้น และในที่สุดฮีตเตอร์จะทริปทันทีเมื่อรีเซ็ต

ฝักอาจแสดงการเปลี่ยนสีหรือบริเวณที่อ่อนนุ่มและเป็นพุพอง หากการปนเปื้อนอยู่บริเวณใกล้กับรอยแตก อย่างไรก็ตาม ในการปนเปื้อนที่เกิดจากการซึมผ่าน- ปลอกมักจะดูไม่เสียหายแม้ว่าฟิลเลอร์จะสลายตัวอย่างรุนแรงก็ตาม

การเปรียบเทียบอาการสำหรับโหมดความล้มเหลวของฮีตเตอร์แช่ PTFE ทั่วไป

การป้องกันการปนเปื้อนของฟิลเลอร์

การป้องกันที่มีประสิทธิผลมากที่สุดคือการรักษาปลอก PTFE ให้อยู่ในสภาพสมบูรณ์และปิดกล่องขั้วต่อไว้ ซึ่งหมายถึงการเลือกความหนาแน่นของวัตต์ที่จะรักษาอุณหภูมิของปลอกให้อยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย รักษาความลึกในการแช่ที่เพียงพอ และตรวจสอบเครื่องทำความร้อนเป็นประจำเพื่อดูสัญญาณของความเสียหาย

สารตัวเติม MgO ความหนาแน่นสูง-พร้อมการดูดซับความชื้นต่ำให้ความต้านทานต่อการปนเปื้อนได้ดีกว่าสารตัวเติมมาตรฐาน ผู้ผลิตบางรายเสนอ MgO ที่มีสารเคลือบกันความชื้น-หรือสารเติมแต่งที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งจะทำให้การดูดซึมน้ำและเคมีช้าลง

กล่องหุ้มขั้วต่อแบบปิดผนึกพร้อมชุดดูดความชื้นหรือช่องระบายอากาศช่วยลดความชื้นที่ทางเข้าด้านความเย็น ควรตรวจสอบซีลทุกช่วงการบำรุงรักษา และเปลี่ยนใหม่หากมีการบีบอัดหรือแตกร้าว

เมื่อการปนเปื้อนของฟิลเลอร์ส่งสัญญาณถึงปัญหาข้อมูลจำเพาะ

ความล้มเหลวในการปนเปื้อนของสารตัวเติมซ้ำๆ ในถังเดียวกันบ่งชี้ว่าเครื่องทำความร้อนทำงานในสภาวะที่เกินขีดจำกัดการออกแบบ อุณหภูมิสูง เคมีที่รุนแรง หรือความหนาแน่นของวัตต์สูงจะช่วยเร่งการซึมผ่านและลดระยะเวลาในการปนเปื้อน การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE แบบกำหนดเองที่มีปลอกหนาขึ้น ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำลง และการปิดผนึกที่ได้รับการปรับปรุงจะช่วยยืดเวลาก่อนที่จะเกิดการปนเปื้อน กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้เคมีของอ่าง อุณหภูมิในการทำงาน ความหนาของเปลือก และประวัติความล้มเหลวของเครื่องทำความร้อนรุ่นก่อน