Một nhà máy hóa chất đã thay thế lò sưởi ngâm PTFE 5 kW sau mười bốn tháng hoạt động. Lò sưởi đã vượt qua bài kiểm tra tính liên tục và vỏ bọc không có vết nứt rõ ràng. Nhưng điện trở cách điện đã giảm xuống dưới 5 MΩ và việc chạm đất xảy ra thường xuyên. Khi thiết bị được cắt ra để phân tích, chất độn bên trong bị đổi màu và đóng thành mảng-nhiễm oxit sắt, hợp chất sunfat và độ ẩm. Chất độn đã hấp thụ quá trình hóa học thông qua con đường thẩm thấu chậm và chất bẩn đã phá hủy lớp cách nhiệt từ bên trong.
Chất độn bên trong-magie oxit hoặc gốm tương tự-là chất cách điện giúp tách phần tử điện trở ra khỏi vỏ kim loại. Trong lò sưởi ngâm PTFE, chất độn được bảo vệ khỏi chất lỏng xử lý bằng lớp vỏ ngoài bằng polyme. Khi khả năng bảo vệ đó bị tổn hại-dù chỉ một chút-chất độn sẽ trở thành tuyến phòng thủ tiếp theo và nó có khả năng chống ẩm và tấn công hóa học hạn chế.
Vai trò của chất độn trong cấu trúc lò sưởi ngâm PTFE
Magiê oxit được chọn để cách nhiệt bộ phận làm nóng vì nó có độ bền điện môi cao, độ dẫn nhiệt tốt và độ ổn định hợp lý ở nhiệt độ cao. Nó được nén vào khoảng trống giữa phần tử điện trở và vỏ kim loại, tạo thành một hàng rào cách điện dày đặc.
Chất độn MgO-chất lượng cao có độ tinh khiết trên 99% và mật độ trên 3,0 g/cm³. Nó kỵ nước khi nhận được, có nghĩa là nó chống lại sự hấp thụ độ ẩm. Tuy nhiên, MgO có tính hút ẩm-nó sẽ hấp thụ nước từ khí quyển hoặc từ chất lỏng xử lý nếu có cơ hội. Sau khi được hấp thụ, nước làm giảm điện trở cách điện và có thể phản ứng với MgO để tạo thành magie hydroxit, chất có độ bền điện môi thấp hơn.
| Thuộc tính phụ | Tình trạng mới, khô ráo | Sau khi tiếp xúc với độ ẩm | Tác dụng lên máy sưởi |
|---|---|---|---|
| Độ bền điện môi | >15 kV/mm | 5–10 kV/mm | Giảm điện áp đánh thủng |
| Điện trở cách điện | >500 MΩ | <50 MΩ | Nguy cơ lỗi nối đất |
| Tỉ trọng | 3,0–3,3 g/cm³ | 2,5–2,9 g/cm³ | Giảm độ dẫn nhiệt |
| độ tinh khiết | >99% MgO | 90–95% MgO | Ô nhiễm, ăn mòn |
| Độ dẫn nhiệt | 30–40 W/m·K | 15–25 W/m·K | Nhiệt độ vỏ cao hơn |
Đặc tính chất độn trước và sau khi bị nhiễm ẩm và hóa chất
Quá trình hóa học tiếp cận chất độn như thế nào
Chất độn dễ bị nhiễm bẩn thông qua ba con đường: thẩm thấu qua vỏ bọc PTFE, xâm nhập vào vòng bịt đầu cuối và vi phạm cơ học của vỏ bọc.
Thẩm thấu là con đường chậm nhất nhưng phổ biến nhất trong các chất hóa học mạnh. Các phân tử nước, các loại axit và các ion hòa tan khuếch tán qua PTFE sau nhiều tháng hoạt động. Tỷ lệ này phụ thuộc vào nhiệt độ, hóa học và độ dày vỏ bọc. Khi đi qua PTFE, các chất gây ô nhiễm sẽ di chuyển vào chất độn, phản ứng với nó và làm giảm đặc tính cách điện của nó.
Sự xâm nhập của phốt đầu cuối cho phép hơi ẩm và chất lỏng xử lý đi vào vùng lạnh và đi xuống chất độn về phía phần được làm nóng. Con đường này nhanh hơn sự thẩm thấu nhưng thường chỉ ảnh hưởng đến phần trên của lò sưởi gần thiết bị đầu cuối.
Một vết nứt cơ học-một vết nứt, một vết khoét hoặc một lỗ kim-cho phép chất lỏng xử lý tiếp xúc trực tiếp với chất độn. Sự ô nhiễm diễn ra nhanh chóng và cục bộ, và máy sưởi thường hỏng trong vòng vài ngày hoặc vài tuần.
| Con đường ô nhiễm | Thời gian để thất bại | Khu vực bị ảnh hưởng | Giảm điện trở cách điện | Có thể sửa chữa |
|---|---|---|---|---|
| Thẩm thấu vỏ | 6–18 tháng | Toàn bộ chiều dài được làm nóng | dần dần | KHÔNG |
| Sự xâm nhập của thiết bị đầu cuối | 1–6 tháng | Phần trên | Trung bình đến nhanh | Thỉnh thoảng |
| Vi phạm cơ khí | Ngày-tuần | Đã bản địa hóa | Nhanh | KHÔNG |
Con đường ô nhiễm và ảnh hưởng của chúng đối với chất độn nóng ngâm PTFE
Các phản ứng hóa học làm suy giảm chất độn
Khi độ ẩm đến MgO, nó phản ứng tạo thành magie hydroxit: MgO + H₂O → Mg(OH)₂. Magiê hydroxit có độ bền điện môi thấp hơn và độ dẫn nhiệt thấp hơn MgO. Phản ứng tỏa nhiệt, tạo ra nhiệt có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy.
Khi các loại axit tiếp cận với MgO, chúng sẽ phản ứng tạo thành muối magiê. Axit sunfuric tạo thành magiê sunfat, hòa tan và dẫn điện. Axit clohydric tạo thành magie clorua, chất này cũng hòa tan và có tính ăn mòn cao đối với phần tử điện trở. Những muối này làm tăng độ dẫn điện của chất độn và có thể ăn mòn dây điện trở.
Sự kết hợp giữa độ ẩm và axit đặc biệt có hại. Axit hòa tan MgO, tạo ra các khoảng trống và đường dẫn cho phép xâm nhập sâu hơn. Phần tử điện trở tiếp xúc với quá trình hóa học và bộ gia nhiệt bị hỏng từ trong ra ngoài.
Các triệu chứng ô nhiễm chất độn
Chất độn bị ô nhiễm tạo ra một tập hợp các triệu chứng đặc trưng giúp phân biệt nó với các dạng hư hỏng khác.
Điện trở cách điện giảm dần theo tuần hoặc tháng. Mức giảm thường đơn điệu-mỗi lần đọc lại thấp hơn lần đọc trước. Chỉ số ổn định sau đó giảm đột ngột cho thấy một vấn đề khác, chẳng hạn như vi phạm cơ học.
Các sự cố chạm đất trở nên thường xuyên hơn khi tình trạng ô nhiễm tiến triển. Chuyến đi đầu tiên có thể xảy ra sau nhiều tháng hoạt động bình thường. Các lần ngắt tiếp theo xảy ra gần nhau hơn và cuối cùng máy sưởi sẽ ngắt ngay lập tức khi thiết lập lại.
Vỏ bọc có thể bị đổi màu hoặc có vùng mềm, phồng rộp nếu vết bẩn khu trú gần chỗ bị thủng. Tuy nhiên, trong trường hợp ô nhiễm do thẩm thấu-, lớp vỏ thường trông còn nguyên vẹn ngay cả khi chất độn bị xuống cấp nghiêm trọng.
| Triệu chứng | Ô nhiễm phụ | Nứt vỏ | Tích tụ quy mô |
|---|---|---|---|
| Điện trở cách điện | Suy giảm dần dần | Giảm đột ngột | Ổn định |
| Chuyến đi chạm đất | Tăng tần số | ngay lập tức | Không có |
| Ngoại hình vỏ bọc | Thường còn nguyên vẹn | vết nứt nhìn thấy được | Tiền gửi có thể nhìn thấy |
| thời gian khởi động | Tăng nhẹ | Bình thường hoặc tăng | Tăng |
| Trận hòa hiện tại | Bình thường | Bình thường | Bình thường |
So sánh triệu chứng của các chế độ hỏng hóc của bộ gia nhiệt ngâm PTFE thông thường
Ngăn ngừa ô nhiễm chất độn
Cách phòng ngừa hiệu quả nhất là giữ nguyên vỏ bọc PTFE và đóng kín vỏ thiết bị đầu cuối. Điều này có nghĩa là chọn mật độ watt để giữ nhiệt độ vỏ bọc trong giới hạn an toàn, duy trì độ sâu ngâm thích hợp và kiểm tra lò sưởi thường xuyên để tìm dấu hiệu hư hỏng.
Chất độn MgO mật độ-cao có khả năng hấp thụ độ ẩm thấp mang lại khả năng chống ô nhiễm tốt hơn so với chất độn tiêu chuẩn. Một số nhà sản xuất cung cấp MgO với lớp phủ chống ẩm-hoặc chất phụ gia kỵ nước làm chậm quá trình hấp thụ nước và hóa học.
Vỏ thiết bị đầu cuối được bịt kín bằng gói hút ẩm hoặc lỗ thông hơi giúp giảm sự xâm nhập của hơi ẩm ở đầu lạnh. Con dấu phải được kiểm tra mỗi lần bảo trì và thay thế nếu bị nén hoặc nứt.
Khi tình trạng ô nhiễm chất độn báo hiệu sự cố về thông số kỹ thuật
Lỗi ô nhiễm chất độn lặp đi lặp lại trong cùng một bể cho thấy lò sưởi đang hoạt động trong điều kiện vượt quá giới hạn thiết kế của nó. Nhiệt độ cao, hóa học mạnh hoặc mật độ watt cao làm tăng tốc độ thẩm thấu và rút ngắn thời gian nhiễm bẩn. Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh với vỏ bọc dày hơn, mật độ watt thấp hơn và độ kín được cải thiện giúp kéo dài thời gian trước khi xảy ra ô nhiễm. Quá trình xác định yêu cầu về thành phần hóa học của bể, nhiệt độ vận hành, độ dày vỏ bọc và lịch sử hỏng hóc của các bộ gia nhiệt trước đó.
