Egy vegyi üzem tizennégy hónapos üzemidő után cserélt le egy 5 kW-os PTFE merülőfűtőt. A fűtőtest átment a folytonossági teszten, és a burkolaton nem látszott repedés. A szigetelési ellenállás azonban 5 MΩ alá esett, és gyakoriak lettek a földzárlatok. Amikor az egységet elemzés céljából felvágták, a belső töltőanyag elszíneződött,{5}}vas-oxiddal, szulfátvegyületekkel és nedvességgel szennyeződött. A töltőanyag lassú áthatolási úton felszívta a folyamat kémiáját, és a szennyeződés belülről tönkretette a szigetelést.
A belső töltőanyag-magnézium-oxid vagy hasonló kerámia-az az elektromos szigetelő, amely elválasztja az ellenálláselemet a fémburkolattól. A PTFE merülő fűtőberendezésben a töltőanyagot a polimer külső burkolat védi a technológiai folyadéktól. Ha ez a védelem -még csak kismértékben is-sérül, a töltőanyag a következő védelmi vonal lesz, és korlátozottan ellenáll a nedvességnek és a vegyi hatásoknak.
A töltőanyag szerepe a PTFE merülőfűtő konstrukciójában
A magnézium-oxidot azért választják fűtőelemek szigetelésére, mert nagy a dielektromos szilárdsága, jó hővezető képessége és ésszerű stabilitása magas hőmérsékleten. Az ellenálláselem és a fémhüvely közötti térbe tömörül, sűrű, elektromosan szigetelő gátat képezve.
A kiváló-minőségű MgO töltőanyag tisztasága 99% feletti, sűrűsége pedig 3,0 g/cm³ feletti. Hidrofób, ami azt jelenti, hogy ellenáll a nedvesség felszívódásának. A MgO azonban higroszkópos,{5}}ha lehetőség nyílik rá, felszívja a vizet a légkörből vagy a technológiai folyadékból. A felszívódás után a víz csökkenti a szigetelési ellenállást, és reakcióba léphet a MgO-val, így magnézium-hidroxidot képez, amelynek alacsonyabb a dielektromos szilárdsága.
| Kitöltő tulajdonság | Új, száraz állapotú | Nedvesség expozíció után | Hatás a fűtésre |
|---|---|---|---|
| Dielektromos szilárdság | >15 kV/mm | 5-10 kV/mm | Csökkentett áttörési feszültség |
| Szigetelési ellenállás | >500 MΩ | <50 MΩ | Földhiba veszélye |
| Sűrűség | 3,0–3,3 g/cm³ | 2,5–2,9 g/cm³ | Csökkentett hővezető képesség |
| Tisztaság | >99% MgO | 90-95% MgO | Szennyeződés, korrózió |
| Hővezetőképesség | 30–40 W/m·K | 15–25 W/m·K | Magasabb burkolat hőmérséklet |
Töltőanyag tulajdonságai nedvesség- és vegyi szennyeződés előtt és után
Hogyan jut el a folyamatkémia a töltőanyaghoz
A töltőanyag három úton érzékeny a szennyeződésre: a PTFE-köpenyen keresztüli áthatolás, a terminál tömítésén való behatolás és a burkolat mechanikai áttörése.
A permeáció a leglassabb út, de a leggyakoribb az agresszív kémiákban. Vízmolekulák, savfajták és oldott ionok diffundálnak a PTFE-n keresztül több hónapos működés során. Az arány a hőmérséklettől, a kémiától és a burkolat vastagságától függ. A PTFE-n keresztül a szennyeződések a töltőanyagba vándorolnak, reagálnak vele, és csökkentik annak szigetelő tulajdonságait.
A termináltömítés behatolása lehetővé teszi a nedvesség és a technológiai folyadék bejutását a hideg zónába, és a töltőanyagon a fűtött rész felé haladva. Ez az útvonal gyorsabb, mint a permeáció, de általában csak a fűtőelem felső részét érinti a terminál közelében.
A mechanikus törés-repedés, hasadék vagy lyuk-közvetlen érintkezést tesz lehetővé a technológiai folyadék és a töltőanyag között. A szennyeződés gyors és lokális, és a fűtőberendezés általában napokon vagy heteken belül meghibásodik.
| Szennyezési útvonal | A kudarc ideje | Érintett terület | Szigetelési ellenállás csökkenése | Javítás lehetséges |
|---|---|---|---|---|
| A hüvely áthatolása | 6-18 hónap | Teljes fűthető hossz | Fokozatos | Nem |
| Csatlakozó tömítés behatolása | 1-6 hónap | Felső szakasz | Mérsékelttől gyorsig | Néha |
| Mechanikai törés | Napok – hetek | Lokalizált | Gyors | Nem |
Szennyezési útvonalak és hatásaik a PTFE merülőfűtő töltőanyagra
A töltőanyagot lebontó kémiai reakciók
Amikor a nedvesség eléri az MgO-t, magnézium-hidroxidot képez: MgO + H2O → Mg(OH)2. A magnézium-hidroxid dielektromos szilárdsága és hővezető képessége kisebb, mint a MgO. A reakció exoterm, hő keletkezik, ami tovább gyorsíthatja a lebomlást.
Amikor a savfajták elérik a MgO-t, reakcióba lépnek, és magnéziumsókat képeznek. A kénsav magnézium-szulfátot képez, amely oldható és vezetőképes. A sósav magnézium-kloridot képez, amely szintén oldódik és erősen maró hatású az ellenálló elemre. Ezek a sók növelik a töltőanyag vezetőképességét, és korrodálhatják az ellenálláshuzalt.
A nedvesség és a sav kombinációja különösen káros. A sav feloldja az MgO-t, üregeket és utakat hozva létre, amelyek lehetővé teszik a további behatolást. Az ellenálláselem ki van téve a folyamat kémiájának, és a fűtőelem belülről kifelé megy tönkre.
A töltőanyag szennyeződésének tünetei
A szennyezett töltőanyag jellegzetes tüneteket produkál, amelyek megkülönböztetik a többi meghibásodási módtól.
A szigetelési ellenállás hetek vagy hónapok alatt fokozatosan csökken. A csökkenés általában monoton,{1}}minden egyes érték alacsonyabb, mint az előző. A stabil leolvasás, majd a hirtelen esés más problémát jelez, például mechanikai törést.
A talajhibák a szennyeződés előrehaladtával gyakoribbá válnak. Az első útra több hónapos normál működés után kerülhet sor. A további kioldások közelebb kerülnek egymáshoz, és végül a fűtőelem azonnal kiold az alaphelyzetbe állításkor.
A hüvely elszíneződést vagy puha, hólyagos területet mutathat, ha a szennyeződés egy repedés közelében található. Azonban az áteresztő-szennyezés miatt a burkolat gyakran sértetlennek tűnik, még akkor is, ha a töltőanyag erősen leromlott.
| Tünet | Töltőanyag szennyeződése | A hüvely repedése | Skála felépítése |
|---|---|---|---|
| Szigetelési ellenállás | Fokozatos csökkenés | Hirtelen esés | Stabil |
| Földhiba-kioldások | Növekvő gyakoriság | Azonnali | Egyik sem |
| A hüvely megjelenése | Gyakran érintetlen | Látható repedés | Látható betét |
| Felfűtési idő- | Kissé növelve | Normál vagy fokozott | Fokozott |
| Jelenlegi sorsolás | Normál | Normál | Normál |
Tünet-összehasonlítás a gyakori PTFE merülőfűtő-meghibásodási módokhoz
A töltőanyag szennyeződésének megelőzése
A leghatékonyabb megelőzés a PTFE burkolat érintetlen tartása és a kapocsház lezárása. Ez azt jelenti, hogy olyan wattsűrűséget kell kiválasztani, amely a köpeny hőmérsékletét a biztonságos határokon belül tartja, a megfelelő merülési mélységet be kell tartani, és rendszeresen ellenőrizni kell a fűtőtestet, hogy nincs-e rajta sérülés.
A nagy-sűrűségű MgO töltőanyag alacsony nedvszívó képességgel jobban ellenáll a szennyeződéseknek, mint a hagyományos töltőanyag. Egyes gyártók a MgO-t nedvességálló-bevonattal vagy hidrofób adalékanyaggal kínálják, amely lassítja a víz felszívódását és a vegyszereket.
A szigetelt terminálházak szárítóanyag-csomagokkal vagy légtelenítő nyílásokkal csökkentik a nedvesség bejutását a hideg oldalon. A tömítést minden karbantartási időközönként ellenőrizni kell, és ha összenyomódott vagy megrepedt, cserélni kell.
Amikor a töltőanyag szennyeződése specifikációs problémát jelez
A töltőanyag szennyeződésének ismételt meghibásodása ugyanabban a tartályban azt jelzi, hogy a fűtőberendezés a tervezési határértékeket meghaladó körülmények között működik. A magas hőmérséklet, az agresszív kémia vagy a nagy wattsűrűség felgyorsítja a permeációt és lerövidíti a szennyeződésig eltelt időt. Az egyedi PTFE merülőfűtő-konfiguráció vastagabb burkolattal, alacsonyabb wattsűrűséggel és jobb tömítéssel meghosszabbítja a szennyeződés megjelenése előtti időt. A specifikációs folyamat megköveteli a fürdő kémiáját, az üzemi hőmérsékletet, a burkolat vastagságát és a korábbi fűtőtestek meghibásodási történetét.
