Egy vegyi üzem mindössze hét hónapos üzemelés után elvesztette a PTFE merülőfűtőt egy nikkelezett tartályban. A köpeny finom, egymást metsző repedéseket mutatott az alsó fűtött szakaszon. A repedések nem a széleken vagy a folyadékvonalon koncentrálódtak. A tartály recirkulációs nyílása felé néző területen szétosztották őket. Az erőmű keringető szivattyúját úgy programozták, hogy tizenöt percenként be- és kikapcsoljon az energiatakarékosság érdekében. Minden szivattyúciklus hősokkot okozott a fűtőfelületen.
Hősokk-repedés akkor következik be, amikor a PTFE merülő fűtőtest felülete olyan gyors hőmérséklet-változásokat tapasztal, amelyek meghaladják a polimer azon képességét, hogy alkalmazkodjon a keletkező feszültséghez. A repedések azért keletkeznek, mert a felület gyorsabban tágul vagy húzódik össze, mint az alatta lévő anyag. Idővel a ciklikus feszültség kifáradási repedést okoz.
Hogyan hoz létre hősokkot a szivattyúciklus?
Amikor a keringtető szivattyú működik, a folyadék sebessége a fűtőfelületen nagy. A határréteg vékony, a hőátadás hatékony. A burkolat felületének hőmérséklete 10-15 fokon belül marad az ömlesztett folyadékhoz képest.
Amikor a szivattyú leáll, a folyadék sebessége a fűtőfelületen nulla közelébe esik. A határréteg megvastagszik, és a hőátadás hatékonysága összeomlik. A burok felületének hőmérséklete perceken belül megemelkedik, esetenként 20-30 fokkal. A PTFE hőtágulása megnő.
Amikor a szivattyú újraindul, a nagy{0}}sebességű áramlás gyorsan lehűti a felületet. A PTFE szerződések. Az alatta lévő fém, amely nem hűlt le olyan gyorsan, korlátozza az összehúzódást. A PTFE húzófeszültséget tapasztal. Az ismételt fűtési és hűtési ciklusok fáradásos repedéseket okoznak.
| Szivattyúciklus periódusa | Felület ΔT kikapcsolási ciklus közben | Felület ΔT bekapcsolási ciklus közben | Stressz amplitúdója | Ideje feltörni |
|---|---|---|---|---|
| 30 perc be/ki | 15-20 fok | 10-15 fok | Mérsékelt | 18-30 hónap |
| 15 perc be/ki | 20-30 fok | 15-20 fok | Magas | 8-16 hónap |
| 10 perc be/ki | 25-35 fok | 18-25 fok | Nagyon magas | 4-10 hónap |
| 5 perc be/ki | 30-45 fok | 20-30 fok | Szigorú | 2-6 hónap |
A szivattyú ciklusfrekvenciája és hatása a hősokk-repedésre
Miért koncentrálódnak a repedések a bemenet közelében?
A repedések ott keletkeznek, ahol a hősokk a legerősebb-a recirkulációs bemenet felé néző területen. Amikor a szivattyú újraindul, a bemeneti áramlás közvetlenül az adott területre ütközik. A felület gyorsabban lehűl, mint a fűtőelem többi része. Az ütköző terület és a környező felület közötti termikus gradiens hozza létre a legnagyobb feszültséget.
A meghibásodott fűtőberendezésben a repedések egy körülbelül 150 mm széles sávban összpontosultak, a bemeneti áramlási út közepén. A fűtőtest többi része csak kisebb felületi elszíneződést mutatott.
A különbség a hősokk és a hőfáradás között
A hősokk és a hőfáradás összefüggenek, de különböznek egymástól. A termikus kifáradás akkor következik be, amikor a fűtőelem hosszú ideig két hőmérséklet között mozog. A ciklusonkénti hőmérsékletváltozás mérsékelt, a feszültség alacsony. A repedések lassan, gyakran évek alatt alakulnak ki.
Hősokk akkor következik be, ha a ciklusonkénti hőmérsékletváltozás nagy és gyors. A feszültség nagy, a repedések gyorsan kialakulnak. A repedések gyakran súlyosabbak és szélesebb körben elterjedtek, mint a termikus kifáradásnál.
A hősokk által okozott repedés megelőzése
A leghatékonyabb megelőzés az, ha elkerüljük az áramlás gyors változását a fűtőtest felületén. A folyamatosan működő szivattyú kiküszöböli a hősokk ciklust. Ha energiatakarékosságra van szükség, egy változtatható-sebességű szivattyú, amely minimális áramlást tart fenn, jobb, mint a be-/kikapcsoló szivattyú.
Ha a szivattyú ciklusa elkerülhetetlen, a ciklusidőnek elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy a fűtőfelület hőmérséklete stabilizálódjon a ciklusok között. A 30 perces ciklus kevesebb stresszt okoz, mint a 10 perces ciklus. A minimális ciklusidő a fűtőelem és a tartály termikus tömegétől függ.
A vastagabb PTFE köpenyű és alacsonyabb wattsűrűségű fűtőtest nagyobb termikus tömeggel és alacsonyabb felületi hőmérséklettel rendelkezik. Lassabban reagál az áramlás változásaira, és alacsonyabb hősokk-terhelést tapasztal.
| Megelőzési intézkedés | Hatás a hősokkra | Végrehajtás | Költség |
|---|---|---|---|
| A szivattyú folyamatos működése | Megszünteti a sokk ciklust | Működési változás | Energia költség |
| Változtatható{0}}sebességű szivattyú | Fenntartja a minimális áramlást | Szivattyú frissítés | Mérsékelt |
| Hosszabb ciklusidő | Alacsonyabb feszültség amplitúdó | A változás szabályozása | Alacsony |
| Alacsonyabb wattsűrűség | Alacsonyabb felületi hőmérséklet | Fűtőberendezés kialakítása | Mérsékelt |
| Vastagabb hüvely | Több termikus tömeg | Fűtőberendezés kialakítása | Mérsékelt |
Megelőző intézkedések hősokkos repedés esetén
Ha a hősokk-repedés tervezési problémát jelez
Az a fűtőberendezés, amely a szivattyú folyamatos működése ellenére hősokk-repedéseket okoz, azt jelzi, hogy a fűtőberendezés kialakítása vagy a tartály elrendezése helyi hőfeszültséget hoz létre. Az egyéni PTFE merülőfűtő-konfiguráció alacsonyabb watt-sűrűséggel, vastagabb burkolattal és áramlás-optimalizált pozícióval{1}}a kezeli a hősokk kiváltó okát. A specifikációs folyamat megköveteli a szivattyú működési ütemtervét, a fűtőberendezés áramlási sebességét, a fürdő kémiáját és a szükséges teljesítményt. A szakaszos keringtetésű létesítményeknél ez az alkalmazás-specifikus megközelítés csökkenti a hősokk-repedést és meghosszabbítja a fűtőelem élettartamát.
