Kuidas ennustada PFA-küttekeha järelejäänud kasutusiga pärast korduvaid kuivatus{0}}tulekahjusid loputusjaamas?

PFA kapseldatud sukelküttekehasid kasutatakse loputusjaamades pooljuhtide märgtöötluses, galvaniseerimisliinides ja täppispuhastusprotsessides, et hoida vanni temperatuuri vahemikus 60–90 kraadi. Paagi tühjendamine, osaline laadimine ja ülevoolusüsteemi tsüklilisus on tavalised ja põhjustavad nendes jaamades ebaregulaarseid vedelikutaseme muutusi. Kui vedeliku tase on aktiivse küttekeha pikkusest madalam, kaotab PFA kest põhijahutuse ja lülitub kuiva{4}}tulerežiimile. PFA-kattega küttekehadel ei ole otsest nähtavat ülekuumenemise indikaatorit, mis metallist korpusega küttekehadel kuivas töötamise ajal punaselt helendav. Kuivtöö käigus soojeneb fluoropolümeer seestpoolt ja välispinna temperatuur tõuseb 60–120 sekundi jooksul tavapäraselt 90–100 kraadilt 250–300 kraadini. Iga kuiv{14}}tulekahju põhjustab PFA kihi kumulatiivset kahju: soojuspaisumisest tulenev stress, molekulide lagunemine ja mikroskoopiliste tühimike teke. Järelejäänud kasuliku eluea prognoosimiseks pärast arvukaid juhtumeid on vaja hinnata iga kuiva{16}}tulekahju sündmuse tõsidust ja rakendada Arrheniuse lagunemise kineetikal põhinevat akumulatsioonimudelit.

Kuivad{0}}tulekahjude termilise kahjustuse mehhanismid
PFA säilitab oma mehaanilise terviklikkuse kuni umbes 260 kraadini lühiajalise kokkupuute korral, kuid pikaajaline kokkupuude üle 260 kraadi käivitab kolm lagunemismehhanismi. Esimene neist on polümeeri karkassi kuumlõikamine. Üle 280 kraadi hakkavad süsinik-fluori sidemed tuvastatava kiirusega katkema, mille tulemuseks on väikese-molekulaarse-fragmendid, mis hajuvad polümeermaatriksist välja. See protseduur alandab PFA keskmist molekulmassi ja nõrgendab selle tõmbetugevust ja katkemispikenemist. Laboratoorsed termogravimeetrilised uuringud näitasid, et PFA 300 kraadi juures võib lenduda 0,5{14}}1,0% selle massist igas tunnis. Materjali vastupidavus murdude levikule väheneb oluliselt 10-minutise kuiva{21}}tulega 310 kraadi juures, mis põhjustab molekulmassi vähenemise umbes 5–8%. Teine etapp on järelejäänud lõpprühmade või saasteainete töötlemine. Kuigi PFA on süsivesinikega võrreldes oksüdatsioonile väga vastupidav, võimaldavad kuivpõletamise ajal saavutatavad väga kõrged temperatuurid ümbritseval hapnikul reageerida ebastabiilsete ahelaotstega, tekitades karbonüülfluoriidi ja muid liike, mis katalüüsivad edasist lagunemist. See oksüdatsioonikiht ilmneb pinnal helekollase{23}}pruuni värvuse muutusena, tavaliselt esimese 2–3 kuiva põlemistsükli jooksul.

Kolmas ja struktuuriliselt kõige kahjulikum viis on tühimike moodustumine lenduvatest jääkainetest. PFA sisaldab ümbritsevast keskkonnast imendunud niiskuse jälgi (100{4}}500 ppm) ja väikeses koguses tootmislahusteid. Tüüpilise sukeldamise korral lahustuvad need lenduvad ained polümeermaatriksis. Kuivas{10}}tules põhjustab kiire temperatuuri tõus niiskuse muutumise auruks rõhul, mis on suurem kui polümeeri voolavuspiir, luues väikesed sfäärilised tühimikud keskmise läbimõõduga 5–20 µm. Need tühimikud koondavad mehaanilised pinged järgneva soojustsükli ajal ja toimivad luumurdude tekke alguskohtadena. PFA ümbriste skaneeriv elektronmikroskoopia pärast kolme 5-minutilist kuiva tulekahju 280 kraadi juures näitas, et seina paksuse sisemises kolmandikus, metallist kuumutussüdamikule kõige lähemal on tühimike kontsentratsioon 100–300 tühimikku ruutmillimeetri kohta. Iga vaba töökoht vähendab efektiivset kandevõime ristlõiget ja toimib ka pingetõstjana. Kui tühimike tihedus tõuseb üle ligikaudu 500 tühimiku/mm2, väheneb materjali väsimuse kestus termilise tsükli ajal 10 000 tsüklilt vähem kui 500 tsüklini.

Kahjude kvantifitseerimine iga kuiva{0}}tulekahju korral
Mitte kõik kuivad{0}}tulekahjud ei põhjusta samasugust hävingut. Halvenemise määra määrab maksimaalne saavutatud ümbrise temperatuur ja ajavahemik, mis kulub üle kriitiliste lävede. Tavalise PFA-kapseldatud küttekeha puhul, mis töötab 80-kraadises veevannis 5 W/cm², tõuseb ümbrise temperatuur ennustatava kõvera järgi, kui see vedelikust eemaldatakse. Kuivtöö esimese 30 sekundi jooksul tõuseb välispind 80 kraadilt 180 kraadini. Temperatuuri tõstetakse 180 kraadilt 260 kraadile 30 kuni 90 sekundit. 90 sekundi pärast läheneb temperatuur PFA sulamisvahemikule (305–315 kraadi) ja küttekeha sisemine ülekuumenemiskaitse peaks rakenduma. Kuiv{20}}tulekahju sündmus 30 sekundi jooksul (tipptemperatuur<180°C) causes little permanent damage, since the PFA remains far below its thermal breakdown threshold. A 30-60 s (peak temperature 180-240°C) event results in modest annealing of residual stress but little chain scission or void formation. The destructive regime begins after 60 seconds dry operation when the surface temperature is higher than 260°C. Based on the Arrhenius model, the acceleration factor for the degradation of PFA is around 12 for every 20°C increase above 260°C. In practice, a dry-fire event at 300°C for 2 minutes results in about identical cumulative degradation as 24 minutes at 260°C.

Kuiva{0}}tulekahju indeks (DDI) annab praktilise mõõdupuu sündmuste võrdlemiseks. DDI=t kokkupuude ×exp[(T tipp -T ref )/T 0 ] kus T ref =260 aste, T 0 =18 kraad (PFA termilise lagunemise aktiveerimisenergia alusel) ja t kokkupuude on aeg üle 200 kraadi tundides. Ühe sündmuse puhul, mille T tipp=280 kraadiga 5 minutit (0,083 tundi), DDI=0.083 × exp[(20)/18]=0.083 × 3.04=0.25. Raskem juhtum, 310 kraadi juures 10 minutit (0,167 tundi) annab tulemuseks DDI {exp [{20}} {0}2}8 16.0=2.67. 50 küttekeha kiirendatud kasutusea testimine kontrollitud kuiv-põlemistsüklites näitab, et kumulatiivne DDI lävi enne riket on umbes 15–20 tavalise 1,5 mm PFA-katte puhul pesujaama teenuses. Kui kumulatiivsed DDI väärtused on alla 5, ei ole silmnähtavat pinna lagunemist ja mehaanilised omadused on endiselt 90% piires esialgsetest väärtustest. Pinna värvuse muutust täheldatakse DDI 5 ja 12 vahel, katkendlik pikenemine väheneb 30-50% ja murdumise algust oodatakse pärast 1000-2000 täiendavat kuumutustsüklit. Kui DDI on üle 15, on kütteseade suure riskiga seisukorras, kus igasugune täiendav termiline pinge, sealhulgas tüüpiline võimsustsüklilisus, võib põhjustada seina pragude ja elektrilekke.

Meetodid järelejäänud eluea hindamiseks pärast kuiva tulekahju.
Kuiv{0}}küttega kütteseadme järelejäänud eluea täpseim prognoos, millel ei ole juhtumi kohta dokumentatsiooni, on ohverdatava seadme destruktiivne testimine. Lõigake PFA ümbris ümberringi kolmes kohas: kuumutatud pikkuse keskel, 5 cm kaugusel külmast otsast ja mis tahes kohas, kus ilmneb värvimuutus. Jälgige ristlõiget 50–100-kordse suurendusega. Loendage tühimikud ruutmillimeetri kohta seina paksuse sisemises pooles. Tühikeste tihedus alla 50 tühimike/mm2 näitab tagasihoidlikku kogunenud kahjustust (DDI < 5). Tihedus 50 kuni 200 tühimikku/mm2 vastab mõõdukale kahjustusele (DDI 5-12). Tihedus üle 200 tühimiku/mm2 vastab suurele kahjustusele (DDI > 12). Samuti tehke paindekatse 10 mm laiusel ümbrise materjali ribal pärast metallsüdamikust eemaldamist . 180 kraadi painutustest PFA-l, algse või väikese kahjustusega, ilma 5 mm torni ümber murdmata. Mõõdukad{27}}kahjulikud materjalid purunevad pärast 90–120 kraadist painutamist. Suure kahjustusega materjal puruneb, kui seda painutada rohkem kui 30–45 kraadi.

Kohapealset hindamist saab teha mitte-purustava välikatsega. Välikatsete täpsus on aga väiksem. Mõõtke megaoomi-mõõturi abil elektriisolatsioonitakistust kütteelemendi ja maanduse vahel 500 V alalisvoolu juures. Uue PFA-soojendi (kuiv) isolatsioonitakistus on üle 1000 MΩ. Seda vähendavad mikroskoopilised ruumid ja karboniseerunud lagunemissaadused pärast kuiva tulekahjustusi. Näidud vahemikus 100–500 MΩ annavad märku mõõdukast kahjustusest, kuigi süsteemi saab täiendava jälgimisega ohutult kasutada. Kui näit on vahemikus 10–100 M? kahju on ulatuslik ja rike on otsene. Kui näit on alla 10 MΩ, tuleb kütteseade viivitamatult välja vahetada, kuna maandus{18}}rikkekaitse ei pruugi selliste väärtuste korral usaldusväärselt rakenduda. Kontrollitud toite{20}}katse ajal kasutage termokaamerat, kus kütteseade on teatud tasemeni osaliselt sukeldatud. Võrrelge kuiva -põletatud osa pinnatemperatuuri külgneva osa pinnatemperatuuriga, mis oli eelmistel sündmustel vee all. Temperatuuride erinevus, mis on suurem kui 15 C sama sisendvõimsuse juures, näitab väiksemat soojusülekannet tühimike kogunemise või pinnakahjustuse tõttu. Jälgige seda temperatuuri erinevust aja jooksul, 5 kraadi tõus kuus tähendab degradatsiooni suurenemist.

Kahjude kumulatiivse hindamise ja asendamise juhend
Järgmine tabel annab otsustamise raamistiku PFA-soojendite jaoks loputusjaamades, millel on salvestatud või hinnanguline kuiva{0}}põlengu ajalugu, diagnostiliste testide tulemused ja protsessi kriitilisus. Kõik soovitused põhinevad sellel, et küttekehal ei ole ilmseid füüsilisi kahjustusi, nagu kõrbemine või pragunemine.

Dokumenteeritud kuiv{0}}tulekahju ajalugu või kumulatiivne DDI isolatsioonitakistus (500 V DC) tühimike tihedus (tühimeid/mm²) Soovitatav tegevus ja eeldatav järelejäänud eluiga
Kuivat{0}}põlengut või üksikut tulekahju pole teada<30 seconds (DDI < 1) >1,000 MΩ <20 Normal operation Life expectancy is greater than 20,000 operating hours. Special monitoring: None.
1–3 impulssi pikkusega 30–90 sekundit (DDI 1–5) 500–1000 MΩ 20–50 Jätkake töötamist.