Đối với tường PFA mỏng 1 mm sử dụng vữa mài mòn ở tốc độ 1,5 m/s, kích thước hạt tối đa cho phép để tránh rỗ (xói mòn cục bộ sâu hơn 0,1 mm/năm) là 150–200 µm đối với các hạt cứng (silica, alumina, Mohs 7–9) và 300–400 µm đối với các hạt mềm (canxi cacbonat, hạt polymer, Mohs 3–4). Các hạt lớn hơn gây ra hiện tượng rỗ vì năng lượng va chạm của chúng (E ∝ d³ × v²) vượt quá ngưỡng tới hạn đối với hiệu suất PFA. Một hạt silica 300 µm ở tốc độ 1,5 m/s tạo ra năng lượng va chạm khoảng 0,5 µJ, đủ để tạo ra một miệng hố vi mô (sâu 5–10 µm) trên bề mặt PFA. Các tác động lặp đi lặp lại sẽ phóng to miệng núi lửa thành một cái hố. Đối với tường dày 1 mm, hố sâu hơn 0,3 mm (30% độ dày) làm giảm tuổi thọ đáng kể. Để tránh rỗ, hãy giới hạn kích thước hạt ở mức<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
Năng lượng tác động và ngưỡng rỗ
Kích thước hạt tới hạn d_crit được lấy từ mô hình xói mòn: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3), trong đó H_PFA là độ cứng (≈ 65 Shore D, vết lõm ≈ 20 MPa). Đối với silica (ρ=2,650 kg/m³), v=1.5 m/s, d_crit ≈ 180 µm.
Các hạt lớn hơn gây ra vết rỗ vì:
Chúng có động năng cao hơn (thang đo d³)
Chúng tạo ra vết lõm sâu hơn (tỷ lệ với d)
Chúng có xu hướng tác động ở góc cao hơn (ít xoay hơn)
Đối với tường 1 mm, độ sâu hố 0,3 mm sẽ giảm độ dày còn lại xuống 0,7 mm – vẫn chấp nhận được. Nhưng hố đóng vai trò là nơi tập trung ứng suất. Khi quá trình rỗ bắt đầu, tốc độ xói mòn tăng lên cục bộ.
Giới hạn kích thước hạt theo vật liệu
| Vật liệu hạt | Độ cứng (Mohs) | Mật độ (kg/m³) | Kích thước tối đa cho tường 1 mm (µm) ở tốc độ 1,5 m/s | Độ sâu hố dự kiến (µm/năm) | Sự giới thiệu |
|---|---|---|---|---|---|
| Cát silic | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | Có thể chấp nhận được |
| nhôm | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | cận biên |
| cacbua silic | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | Không được đề xuất |
| Hạt thủy tinh | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | An toàn |
| Đá vôi (CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | An toàn |
| Hạt polyme (HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | An toàn |
| Hạt kim loại (thép) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | Có thể chấp nhận được |
| Tro bay | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | Có thể chấp nhận được |
Ảnh hưởng của vận tốc đến kích thước hạt tới hạn
| Vận tốc (m/s) | D quan trọng đối với Silica (µm) | Độ sâu hố (µm/năm) tại d=200 µm | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | An toàn (không rỗ) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | Có thể chấp nhận được |
| 1.5 | 180 | 30–50 | Biên cho tường mỏng |
| 2.0 | 120 | 80–120 | Nguy cơ cao đối với bức tường 1 mm |
| 2.5 | 90 | 150–200 | Không thể chấp nhận |
| 3.0 | 70 | 250–300 | Thất bại nhanh chóng |
Hướng dẫn thực hành cho tường PFA 1 mm
| Yêu cầu dịch vụ | Kích thước hạt tối đa | Vận tốc tối đa | Tuổi thọ dự kiến (năm) |
|---|---|---|---|
| Các hạt cứng (silica, alumina) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| Hạt cứng | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| Hạt cứng | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| Các hạt mềm (đá vôi, thủy tinh) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| Bất kỳ hạt nào | N/A | <0.5 m/s | 5–10 (xói mòn không đáng kể) |
Ví dụ trường
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150µm. Máy sưởi tường 1 mm sau đó có tuổi thọ 3 năm.
Phát hiện rỗ
Kiểm tra bề mặt lò sưởi bằng kính lúp (10–20×). Các hố xuất hiện dưới dạng các miệng hố nhỏ (đường kính 0,2–1 mm). Đo độ sâu hố bằng thước đo độ sâu hoặc bằng kim mảnh. Nếu độ sâu hố vượt quá 0,3 mm trên tường 1 mm, hãy lên kế hoạch thay thế trong vòng 6 tháng. Nếu nhiều hố vượt quá 0,5 mm thì phải thay thế ngay.
Giảm thiểu các hạt quá khổ
Cài đặt màn hình hoặc bộ lọc upstream to remove particles >200 µm.
Giảm tốc độ dòng chảygiảm 20–30% (xói mòn giảm 50–70%).
Sử dụng tường dày hơn(2–3 mm) – cho phép tạo các hố sâu hơn trước khi thủng.
Sử dụng tay áo mặc(PTFE, 1–2 mm) có thể thay thế được (xem Điều #64).
Kết luận: Đối với Tường 1 mm với tốc độ 1,5 m/s, Kích thước hạt tối đa Nhỏ hơn hoặc bằng 150–200 µm đối với Chất mài mòn cứng
Đối với lò sưởi PFA có thành dày 1 mm trong bùn mài mòn ở tốc độ 1,5 m/s, kích thước hạt tối đa cho phép để tránh rỗ là 150–200 µm đối với các hạt cứng (silica, alumina) và 300–400 µm đối với các hạt mềm (đá vôi, thủy tinh). Các hạt lớn hơn gây ra các hố va chạm (hố) sâu dần theo thời gian, làm thủng bức tường mỏng. Nếu không thể loại bỏ các hạt quá khổ, hãy tăng độ dày thành lên 2–3 mm, giảm tốc độ hoặc lắp đặt ống chống mòn. Một bức tường 1 mm là mỏng manh. Nó không thể chịu được các hạt lớn, cứng. Vấn đề kích thước. Lọc chúng ra, làm chậm lại hoặc dày lên. Tuổi thọ của máy sưởi của bạn phụ thuộc vào việc kiểm soát hạt. Đo lượng bùn của bạn, biết các hạt của bạn, thiết kế phù hợp. Trong dịch vụ mài mòn, các bức tường mỏng có nhiều rủi ro. Tường dày an toàn hơn. Hãy lựa chọn một cách khôn ngoan.
