Az abrazív kopás kihívása a biogáz előmelegítésben
Az anaerob rothasztó szennyvize homokból, talajból és ásványi anyagokból származó lebegő szilícium-dioxid részecskéket tartalmaz, amelyeket alapanyagokkal szállítanak a rothasztóba. Ezek a részecskék, amelyek átmérője általában 20-150 mikron 500-3000 mg/l koncentrációban eróziós környezetet teremt a merülő fűtőberendezések számára. A Shore D skálán mért PFA kapszulázási keménysége közvetlenül meghatározza, hogy a koptató részecskék milyen mélyen vágják be a polimer felületét hosszabb használat során. 36 mezőgazdasági és kommunális rothasztóból származó terepi adatok azt mutatják, hogy a PFA keménységének Shore D 65-ről 72-re történő növelése 8760 órás folyamatos működés után 55%-ról 65%-ra csökkenti az eróziós kopás mélységét.
Keménység hatása a részecskék ütési eróziójára
A polimerek lebegő csiszolórészecskék általi eróziós sebessége az anyag keménységével{0}}hatékonysági összefüggést követ. A 60 és 75 közötti Shore D tartományban lévő PFA esetében minden egy-pontos keménységnövekedés körülbelül 8%-kal csökkenti a térfogati erózió sebességét azonos részecsketerhelés és áramlási sebesség mellett. A szabványos töltetlen PFA-minőségek jellemzően Shore D 65-67 méretűek a formázás után. A Shore D 71 és 73 közötti edzett PFA minőségek 10-15 tömegszázalék üvegszál- vagy szénszál-erősítést tartalmaznak, ami növeli a felületi ellenállást a részecskék behatolásával szemben. Az 1,2 m/s áramlási sebességgel 1500 mg/l szilícium-dioxid terhelés mellett működő rothasztók fűtőtestmintáinak keresztmetszeti mikroszkópos vizsgálata azt mutatja, hogy a Shore D 65 PFA egy év elteltével átlagosan 0,28 mm eróziós mélységet mutat. A Shore D 72 PFA azonos körülmények között 0,11 mm átlagos mélységet mutat, ami 61%-os csökkenést jelent.
A kopási minta függése az áramlás becsapódási szögétől
Az a szög, amelyben a csiszolórészecskék a fűtőfelülethez érnek, módosítja a keménységi előnyt. A merőleges ütközés (90{7}} fokos szög) maximális eróziót okoz, mivel a részecske kinetikai energiája teljes mértékben átkerül a polimer felületére. Merőleges ütközés esetén a Shore D 72 PFA 52%-kal kevesebb eróziót mutat, mint a Shore D 65 fokozat. A sekély-szögű becsapódás (15-30 fok) elsősorban csúszást okoz, nem pedig ütési kráterképződést. Kis szögű körülmények között a keménységi előny 30-35%-ra csökken, mivel a domináns kopási mechanizmus a vágásra és a szántásra vált át, ahol a keménység kevésbé védelmet nyújt, mint a törési szívósság. Az anaerob rothasztó-konfigurációkban, ahol a fűtők az áramlással függőlegesen párhuzamosan helyezkednek el, a becsapódási szögek jellemzően 30-60 fok, ami 45-50%-os keménységi előnyt jelent a keményebb fokozatnál.
Hőmérséklet és részecskeméret kölcsönhatások
Az emésztőrendszer üzemi hőmérséklete mindkét keménységi fokozat effektív erózióállóságát módosítja. 35-40 fokos hőmérsékleten (mezofil emésztés) a Shore D 65 PFA megőrzi környezeti keménységének és erózióállóságának nagy részét. 55-60 fokon (termofil emésztés) ugyanez a polimer meglágyul, a Shore D 3-4 ponttal csökken. A Shore D 72 kemény fokozat 55 fokon megközelítőleg Shore D 68 méretű, ami még mindig keményebb, mint a standard fokozat szobahőmérsékleten. A részecskeméret is befolyásolja a keménység előnyeit. Az 50 mikron alatti részecskék esetében a fokozatok közötti keménységkülönbség csak 25%-kal csökkenti az eróziót, mivel a kis részecskék polírozással kopnak, nem pedig kráterképződéssel. A 100 mikron feletti részecskék keménységi előnye meghaladja a 70%-ot, mivel a nagyobb részecskék mélyebb ütközési krátereket hoznak létre, ahol a keménység közvetlenül ellenáll a behatolásnak.
Hosszú távú-kopási előrejelzések keménységi fok szerint
| Digeszter típusa és részecsketerhelés | PFA keménység (Shore D) | Az erózió várható mélysége 1 év után | Előre jelzett idő 0,5 mm-es kopásig (hibaküszöb) |
|---|---|---|---|
| Termofil (55 fok), magas homok (2500 mg/L), nagy részecskék | 71-73 (kemény fokozat) | 0,20-0,25 mm | 2,0-2,5 év |
| Termofil (55 fok), magas homok (2500 mg/L), nagy részecskék | 65-67 (standard) | 0,45-0,55 mm | 0,9-1,1 év |
| Mezofil (38 fok), közepes homok (1000 mg/L), vegyes méretek | 71-73 (kemény fokozat) | 0,08-0,12 mm | 4,0-6,0 év |
| Mezofil (38 fok), közepes homok (1000 mg/L), vegyes méretek | 65-67 (standard) | 0,18-0,24 mm | 2,0-2,8 év |
| Alacsony szilárdanyag-tartalmú emésztő (< 300 mg/L silica), any temperature | 65-67 (standard) | 0,05-0,08 mm | 6,0-10,0 év |
Felületi kidolgozás kölcsönhatása az erózió mértékével
A PFA-melegítők kezdeti felületi simasága kölcsönhatásba lép a keménységgel az erózió előrehaladásának meghatározásához. A kemény -minőségű PFA sima felületei (Ra < 0,8 µm) hosszabb ideig alacsony eróziós sebességet tartanak fenn, mivel a kezdeti feszültségkoncentrációs helyek hiánya megakadályozza a helyi kopásgyorsulást. A durva felületek (Ra > 1,5 µm) ugyanazon a kemény minőségen 2000 óra elteltével olyan kopási arányt mutatnak, amely megközelíti a szabványos -minőségű sima felületek kopását, mivel a kezdeti szennyeződések előnyös eróziós helyeket hoznak létre. Azoknak a mérnököknek, akik kemény -minőségű PFA-t írnak elő a csiszolószervizekhez, 0,8 µm alatti Ra-értékkel öntött sima felületet is meg kell követelniük a teljes 60%-os eróziócsökkentés eléréséhez. A Shore D 72 keménység és a Ra 0,6 µm bevonat kombinációja 70%-kal alacsonyabb eróziós mélységet biztosít, mint a Shore D 65 Ra 1,8 µm-rel, egy év magas-homokos rothasztóban.
Specifikációs útmutató az emésztős előmelegítő kiválasztásához
Az 500 mg/l-t meghaladó szilícium-dioxid-részecske-koncentrációjú nyersanyagokat feldolgozó anaerob rothasztók esetében a PFA-kapszulázással, legalább 71-es Shore D keménységgel, a fűtőelem élettartamának mérhető meghosszabbítása érhető el. A falvastagságot 2,5 mm-re kell növelni, ha kemény -minőségű PFA-t használunk, hogy a fűtőmag szabaddása nélkül alkalmazkodjunk a csökkent, de továbbra is fennálló erózióhoz. A szabványos -minőségű PFA elfogadható a hatékony szemcseeltávolító rendszerrel rendelkező rothasztókhoz, vagy azokhoz, amelyek 500 mg/l szuszpendált szilícium-dioxid alatt működnek. Árajánlatkéréskor kérjen a szállítótól hiteles Shore D keménységi méréseket az erősítés típusának és terhelési százalékának dokumentálásával együtt, mivel a szénszálas erősítés más mechanizmuson keresztül éri el a keménységet, mint az üvegszál, és eltérően befolyásolhatja a hővezető képességet.
