Zašto PFA grijač s metalnom jezgrom ponekad pokazuje artefakte 'vrućeg prstena' na točkama unutarnje potpore žice?

Ponekad PFA grijači s unutarnjim metalnim jezgrama (Incoloy, titan ili nehrđajući čelik) stvaraju artefakte "vrućeg prstena"-obodne trake na PFA površini koje su očigledno toplije, bez boje ili s ljuskama. Dokazano je prisustvo ovih prstenova na mjestima gdje je unutarnja grijaća žica poduprta keramičkim odstojnicima, podlošcima od tinjca ili metalnim nosačima unutar jezgre. Na svakoj točki oslonca mijenja se put toplinske vodljivosti od grijaće žice do vanjskog omotača. Noseći materijal mogao bi imati manju toplinsku vodljivost od okolne izolacije od magnezijevog oksida (MgO), uzrokujući lokalnu vruću točku. Alternativno, nosač može sadržavati MgO, čime se smanjuje njegova izolacijska učinkovitost. Posljedica je prsten povećanog toplinskog toka, koji povećava površinsku temperaturu PFA za 10-30 stupnjeva na toj aksijalnoj lokaciji. Tijekom vremena, zagrijani prstenovi lokalno degradiraju PFA, uzrokujući stvaranje kamenca i pucanje. Artefakti su posebno izraženi u grijačima s čestim uključivanjem/isključivanjem (toplinski zamor) i u tekućinama-koje stvaraju kamenac.

Prekid protoka topline na potpornim točkama
Otporna žica u standardnom PFA grijaču ugrađena je u prah magnezijevog oksida (MgO) unutar metalne jezgre. MgO je električni izolator i ima dobru toplinsku vodljivost (≈ 2–5 W/m·K). Keramički odstojnici ili podloške od tinjca u intervalima (svakih 50-200 mm) centriraju žicu i sprječavaju njezin udar o stijenku jezgre. Ovi potporni materijali imaju lošiju toplinsku vodljivost od MgO za 1-2 W/m·K (keramika) ili 0,2-0,5 W/m·K (liskun). Smanjena toplinska vodljivost na točki oslonca uzrokuje usko grlo: toplina iz žice sporije se kreće kroz nosač i temperatura žice raste lokalno. Povećana temperatura žice povećava nizvodni toplinski tok i stvara prsten više temperature na vanjskom omotaču. Infracrvene slike radnih PFA grijača pokazuju temperaturne vrhove na potpornim točkama koje su 5-15 stupnjeva C iznad pozadine.

U nekim izvedbama točka potpore komprimira prah MgO, smanjujući njegovu poroznost i mijenjajući njegove toplinske karakteristike. Kompresija može povećati vodljivost MgO (dobra). Ali kompresija stvara mehanički stres na jezgri i može iskriviti PFA omotač.

Hot Ring potpisi i otkriće
Tip grijača Materijal potpore Razmak potpore (mm) Tipični ΔT na prstenu (stupnjevi) Vidljivi artefakt Vrijeme do vidljive promjene boje (sati pri 90 stupnjeva vode)
Standardni industrijski keramički odstojnik 100 8-15 svijetložuta, blijedi prsten 2.000-4.000
Standardni industrijski tinjac za pranje 150 5–104 000–6 000 Blago vidljivo
High power density (>5 W/cm 2 ) Keramika 80 15-30 Jasan tamni prsten 500-1500
Mala gustoća snage (<2.5 W/cm2) Mica 200 2–5Invisible >10,000
loše izgrađena potpora (neporavnata potpora) Keramika v ar 20-40 Prsten, mjehurići Jaki 100–500
Thermal equaliser (copper sleeve)Any Any 2-8 Minimal >10,000
Tvrda voda (voda u velikim količinama) Keramika 100 ΔT raste s taloženjem kamenca 500–1000 (kamenac se ubrzava) Bijeli prsten na mjestu kamenca
Zašto Hot Rings ne uspijevaju
Vrući prsten sam po sebi nije kvar, ali ubrzava tri mehanizma kvara:

Lokalizirano stvaranje kamenca: kamenac se prvenstveno taloži na grijanom prstenu u tvrdoj vodi. Sloj kamenca (bijeli, kredasti) izolira grijač i dodatno povećava temperaturu. Prsten je bijela traka ljuski. Ljestvica može biti debela 1-2 mm u mjesecima stvarajući samoodrživu vruću točku.

Toplinski zamor: područje prstena je pod većim opterećenjem pri svakom ciklusu uključivanja/isključivanja nego ostatak grijača. Pukotine se počinju stvarati u prstenu nakon 2 000–5 000 ciklusa (nasuprot . 10, 000+ ciklusa drugdje).

ubrzanje prodiranja: Povećanje temperature prstena uzrokuje veće prodiranje vode i kiselina kroz PFA. To dovodi do brze korozije metalne jezgre ispod prstena, uzrokujući preuranjeni uzemljeni spoj.

Tipični pokvareni grijač imat će perifernu pukotinu ili mjehurić na grijanom prstenu. Ostatak grijača može izgledati neoštećen, što bi značilo grešku u proizvodnji. Međutim, temeljni razlog je unutarnja točka podrške.

Poboljšanja dizajna i ublažavanja
Za smanjenje artefakata vrućeg prstena:

Koristite nosače od tinjca umjesto keramike: tinjac ima manju neusklađenost u toplinskoj vodljivosti s MgO i smanjuje ΔT za 50%. Liskun je također tanji (0,5–1 mm u odnosu na . 3–5 mm za keramiku), što smanjuje aksijalnu duljinu poremećaja.

Povećajte razmak potpore Povećanjem razmaka potpore (150–200 mm u odnosu na 50–100 mm) smanjuje se broj prstenova po grijaču. Manje prstenova, manje točaka kvara.

Dodajte toplinski izjednačivač: tanka bakrena ili aluminijska čahura (0,5 mm) iznad metalne jezgre (ispod PFA) raspoređuje toplinu u aksijalnom smjeru, ujednačavajući temperaturne razlike. Navlaka je 10-20% više, ali uklanja vruće prstenove.

Niža gustoća vata: na manje od ili jednako 3 W/cm 2 imat ćete manji apsolutni skok temperature na bilo kojem mjestu i vrući prstenovi će biti manje izraženi.

Žica spiralno upletena bez jasnih oslonaca: žičane zavojnice nekih grijača samonose-(dotiču jezgru duž svoje duljine). Ovi dizajni nemaju potporne točke, pa tako ni vruće prstenove. Ali kontakt žičane-žice stvara daljnje toplinske probleme (mogu se razviti vruće točke na mjestima kontakta).

Primjer polja
PFA grijači s keramičkim nosačima korišteni su u spremniku s tvrdom vodom (300 ppm CaCO3, 80 stupnjeva) s razmakom od 75 mm. Nakon 6 mjeseci grijači su otkrili jasne bijele prstenove kamenca na razmaku od 75 mm. Ljuskica je izbrisana uklanjanjem kamenca, ali su se prstenovi vratili za manje od 2 mjeseca. Vijek trajanja grijača 12–18 mjeseci. Postrojenje je pretvoreno u grijače s nosačima od tinjca na razmaku od 150 mm i bakrenim toplinskim izjednačiteljima. Uklanjanje kamenca smanjeno je s 3 mjeseca na 12 mjeseci, vijek trajanja grijača se produžio na 5+ godina, a prstenovi za uklanjanje kamenca nisu viđeni.

Zaključak: Vrući prstenovi su artefakti unutarnjih potpornih točaka. Artefakti "vrućih prstenova" na PFA grijačima stvaraju unutarnje potporne točke (keramički odstojnici, podloške od tinjca) koje ometaju prijenos topline s otporne žice. Niža toplinska vodljivost nosećeg materijala rezultira lokaliziranim vrućim područjem (ΔT=5-30 stupanj ) što uzrokuje brže stvaranje kamenca, toplinski zamor i prodiranje. Vrući prstenovi pojavljuju se kao periferne trake promjene boje ili ljuskanja. Za ublažavanje, navedite nosače od tinjca, povećajte razmak između nosača, dodajte navlaku za toplinsko izjednačavanje ili upotrijebite dizajn samonosive žice. Efekt vrućeg prstena posebno je loš za tekućine koje stvaraju kamence. Ako vidite prstenove u svom grijaču, problem je u unutarnjim nosačima. "Re-dizajniraj ili umri mlađi." Možete birati.