Mis vahe on vedelikus ülekuumenenud ja aurust ülekuumenenud PFA-soojendi rikkerežiimis?

PFA-küttekehade ülekuumenemisel on kaks erinevat stsenaariumi. Üks on siis, kui küttekeha on vedelikus, kuid soojuse läbilaskvus on ebapiisav (halb vooluhulk, määrdunud pind, liiga suur vati tihedus). Teine on siis, kui kütteseade on madala vedelikutaseme tõttu auru või õhu käes (kuiv{2}}tuli). Tänu ümbritseva keskkonna väga muutuvale soojusülekandetegurile ja keemilisele aktiivsusele on rikkerežiimid drastiliselt erinevad. Vedeliku ülekuumenemisel (ikka sukeldatud, kuid halvasti jahutatud) tõuseb PFA pinnatemperatuur pidevalt ja ühtlaselt, tavaliselt 180-250 kraadini. Ebaõnnestumine toimub tänu suurenenud läbitungimisele, sisepinna riknemisele ja südamiku lõplikule korrosioonile – protsess kestab päevi kuni nädalaid. Aurude ülekuumenemise korral (õhu või auruga kokkupuutel) tõuseb PFA pinnatemperatuur kiiresti (minutites) 300–400 kraadini, mis põhjustab kohese sulamise, villide tekke ja katastroofilise rebenemise. Vedelfaasi ülekuumenemine on samuti vähem katastroofiline ja kuvab hoiatusnäidikuid (pinnatemperatuuri tõus, isolatsioonitakistuse suurenemise leke), mis võimaldavad ennetavat väljalülitamist. Seega on tõrge aurufaasis järsem ja saastab tõenäolisemalt paaki.

Läbilaskvushäire ja aeglase vedeliku ülekuumenemine
Sukeldatud PFA-soojendi, mis töötab suure vattiheduse või väikese vooluga, tõstab PFA pinnatemperatuuri üle projekteeritud maksimumi (tavaliselt 110 kraadi pika eluea jaoks, 140 kraadi pikemaks ajaks). Temperatuuril 160–200 kraadi PFA laguneb ahela katkemise ja oksüdatsiooni teel, kuid riknemine piirdub sisepinnaga (PFA{5}}metalli liides), kuna välispind puutub endiselt kuuma vedelikuga kokku. Vesi ja happeaurud läbivad PFA-d suurema kiirusega (5–50 korda suurem kui 100 kraadi juures). Metallist südamik korrodeerub ja moodustunud metallisoolad on suurema mahuga kui originaalmetallil. See tekitab sisemise rõhu, mis ajab PFA seestpoolt villid. Vill on lokaalne paistetus, läbimõõduga 5–20 mm, sageli pärast 200–1000 tundi soojenemist. Kui mull lõhkeb, ujutab vedelik üle südamiku ja tekib kohe maandusrike. Või südamik korrodeerub ilma villide tekketa, tekitades avatud vooluringi (kütteseade ei kuumene) ilma saastumiseta.

Signs of warming of the liquid: (1) Increase of surface temperature detected by external thermocouple or infrared camera. A heater that ran at 105 degrees for years is now running at 125 degrees with the same output and flow. (2) Insulation resistance decreasing from >1000 MΩ kuni 100–500 MΩ nädalate jooksul, mis näitab niiskuse sissetungimist kontakti. (3) Naturaalne PFA (läbipaistev) sukeldatud osas muutub pruunikaks/pruuniks. (4) Väikeste mullide ilmumine küttekeha pinnale töötamise ajal (lokaliseeritud keemine PFA pinnal, mis näitab pinnatemperatuuri üle 100 kraadi). Operaatoritel on päevi kuni nädalaid aega reageerida võimsuse vähendamise või küttekeha puhastamise teel.

Auru ülekuumenemine: termiline äravoolutõrge, kiire
PFA-küttekeha soojusülekandetegur langeb 500–5000 W/m²·K (vedelik) väärtuseni 10–50 W/m²·K (aur/õhk), kui aur või õhk puutub kokku küttekehaga (vedeliku tase langeb alla küttekeha). Küttekeha võimsustihedusega 3–5 W/cm2 tõuseb PFA pinna temperatuur 100–110 kraadilt kuni 250–400 kraadini 1–5 minutiga. PFA sulab üsna kergesti temperatuuril 250-300 kraadi (sulamistemperatuur 305-315 kraadi). Temperatuuril 300 - 350oC on polümeer viskoosses vedelas olekus. Gravitatsioon tõmbab sula PFA alla või välja, jättes metallsüdamiku aurukeskkonnale. Katmata südamiku kiire oksüdatsioon (õhus) või korrosioon (happeaurudes) põhjustab tavaliselt 30 sekundi kuni 5 minuti jooksul pärast kokkupuudet avatud vooluringi või maandusvea. Rike on katastroofiline: PFA kest on kahjustatud ja sula polümeer võib paaki tilkuda, saastades toote.

Warning indicators of vapour overheating: (1) Heater is on yet tank liquid level is obviously low (operator observation) . (2) A strong burnt or bitter smell (due to PFA decomposition products, mainly fluorocarbon gases). (3) Smoke or vapour escaping from the tank above the heater site. (4) Insulation resistance of the heater lowers from >1000 MΩ kuni<10 MΩ in seconds to minutes. By the time a warning is detected the heater is usually already damaged beyond repair. This is achieved by level monitoring and interlocks to de-energise the heater when the liquid level falls below the minimum point of submersion.

Võrdleva tõrkerežiimi kokkuvõte
Parameeter Liquid Super HeatSteam ülekuumenemine (kuiv{0}}tuli)
PFA tüüpiline pinnatemperatuur 160-220 kraadi 300-400 kraadi
Aeg ebaõnnestumiseni (ülekuumenemise algusest) Päevadest nädalateni 1-10 minutit
Peamine riknemismehhanism Läbilaskmise kiirendus + sisepinna halvenemine Mahusulamine + polümeeri lagunemine
Turse (villid) Rikke esinemine Läbimõõt 5-20 mm Kest on sulanud, longus või murenenud; tuum paljastatud
Insulation resistance development>1000 MΩ kuni<10 MΩ gradual change over 100-500 hoursQuick decline to <1 MΩ in seconds of core exposure
Kütteseade näeb endiselt välja, et see töötab? Jah, kuid mitte nii hästi Ei (avatud vooluring või maandusrike väljalülitus)
Vanni saastumise oht Madal (südamiku korrosiooni vask/nikli soolad) Kõrge (sula PFA tilgad + südamiku metallid)
Hoiatusmärgid: pinna kuumenemine, värvimuutus, mullitamine, lõhn, suits, madal vedelikutase
Operaatori reaktsiooniaeg nädalad või päevad sekundid kuni minutid (sageli liiga hilja)
Rikkejärgse kontrolli tulemused Katte mull, valge/roheline korrosiooniproduktid mullil Kokkuvarisenud või puuduv kest, mustaks muutunud metallsüdamik, söestunud jääk
Soovitatav ennetamine Madalam vati tihedus Parandage voolu Puhas skaala Tase blokeering + madala taseme väljalülituslüliti
Välja identifitseerimine ja tegevus
Ebaõnnestunud PFA ümbris näitab ülekuumenemisrežiimi pärast kütteseadme riket. Villid on lokaalsed kõrgenenud laigud, mis tulenevad vedeliku ülekuumenemisest ja tunduvad ümbritseva PFA-ga võrreldes pehmed. Lõika blister välja: kuivas õõnsuses valgete või roheliste korrosiooniproduktidega (metallisoolad). Blisteri kõrval olev PFA on värvi muutnud (pruun), kuid kahjustamata. Aur kuumeneb üle ja sulab või lükkab ümbrise kokku. Kõige kuumemas tsoonis võib PFA üldse puududa või langeda allapoole (gravitatsiooni suund). Metallist südamik on mustaks muutunud (oksüdatsioon) või rohelise/sinise korrosiooniga (happerünnak). Ebaõnnestumine on muidugi laastav.

Ennetava hoolduse eesmärgil mõõdetakse vedeliku taset ja kerise pinna temperatuuri. 90 kraadi juures vedelikus töötava PFA-soojendi pinnatemperatuur peaks olema 95-110 kraadi (olenevalt vattihedusest ja vooluhulgast). Kui pinnatemperatuur on samadel töötingimustel 15 C kõrgem algtasemest, kontrollige enne ülekuumenemist saastumist või voolu vähenemist. Kui vedeliku tase langeb mingil põhjusel küttekehast allapoole, tuleb kütteseade{11}}5 sekundi jooksul pingest välja lülitada. Piisab 2-3-sekundilise viivitusega ujuklülitist ja suurem viivitus ohustab auru ülekuumenemist. Ärge kunagi usaldage operaatorit jälgima madalal tasemel paigaldatavat automaatset blokeeringut.

Järeldus: vedeliku ülekuumenemine hoiatab, auru ülekuumenemine mitte
Vedelikust ülekuumenenud PFA-soojendi läheb aeglaselt (päevadest kuni nädalateni) üles siserõhu tõttu villides ja sellel on märgatavad hoiatusnähud (pinnatemperatuuri tõus, isolatsioonitakistuse vähenemine, värvimuutus). Operaatoritel on aega reageerida. Auruga ülekuumenenud küttekeha rike (kuiv-tuli) on kiire (minutites) sulamise ja katastroofilise ümbrise kokkuvarisemisega ning ei anna absoluutselt mingit hoiatust-, kui lõhn või suits avastatakse, kütteseade hävib. Vajalik on automaatne tasemeandur koos blokeeringuga, et toide välja lülitada, et vältida aurude ülekuumenemist. Õige vattiheduse valik (vähem kui 3 W/cm² enamiku veeteenuste puhul), sobiv vooluhulk ja regulaarne pinnatemperatuuri jälgimine võivad vältida vedeliku ülekuumenemist. Insenerid uurivad enneaegset PFA-küttekeha rikke korral tehke kindlaks, milline ülekuumenemine toimus. Kui villid ei sulanud, oli kütteseade vedelikuga üle koormatud. Sulamise või ümbrise kokkuvarisemise korral küttekeha kuivküttega.