Bộ gia nhiệt PFA nằm ngang trong bể mạ và bể chứa hóa chất luôn phát triển các vòng ăn mòn cục bộ-các dải chu vi có sự đổi màu, nứt hoặc đóng cặn-ở tốc độ 2–5× so với các thiết bị thẳng đứng trong dịch vụ giống hệt nhau. Nguyên nhân chính là do sự phân tầng dòng chảy và bẫy bong bóng. Theo hướng nằm ngang, bọt hơi tạo ra ở bề mặt phía trên bay lên theo phương thẳng đứng, nhưng bộ gia nhiệt sẽ chặn đường đi của chúng. Các bong bóng tích tụ dọc theo phía trên của lò sưởi, tạo ra một lớp hơi liên tục cách nhiệt PFA, làm tăng nhiệt độ cục bộ lên 20–40 độ. Dải nóng này làm tăng tốc độ tấn công hóa học, thẩm thấu và lắng đọng cặn. Theo hướng thẳng đứng, bong bóng nổi lên tự do dọc theo bề mặt lò sưởi mà không tích tụ, giữ cho toàn bộ vỏ bọc được ướt và mát hơn. Đối với bất kỳ dịch vụ nào có hiện tượng sôi, thoát khí hoặc hình thành bong bóng, ưu tiên lắp đặt theo chiều dọc.
Cơ chế tích tụ bong bóng trên thiết bị sưởi ngang
Khi bộ gia nhiệt PFA nằm ngang hoạt động trong chất lỏng, dòng nhiệt sẽ tạo ra sự tạo mầm của bong bóng hơi ở những điểm không hoàn hảo trên bề mặt. Bong bóng phát triển, tách ra và nổi lên theo chiều dọc do sức nổi. Trên lò sưởi thẳng đứng, các bong bóng nổi lên trượt lên trên bề mặt, quét qua lớp ranh giới và tăng cường truyền nhiệt. Trên lò sưởi nằm ngang, bong bóng nổi lên từ nửa dưới sẽ chạm vào nửa trên. Nửa trên trở thành vùng tập trung nơi các bong bóng kết lại thành những con sên lớn hơn. Các bong bóng kết tụ lại tạo thành một lớp hơi không liên tục bao phủ 10–30% bề mặt phía trên bất cứ lúc nào. Lớp hơi có hệ số truyền nhiệt là 50–200 W/m2·K (so với. 1.000–5.000 W/m2·K đối với chất lỏng), khiến nhiệt độ bề mặt PFA dưới bong bóng tăng vọt. Một lò sưởi hoạt động ở công suất 3 W/cm2 trong nước 80 độ có nhiệt độ bề mặt bình thường là 95–100 độ. Dưới lớp phủ hơi, dòng nhiệt tương tự sẽ nâng bề mặt lên 150–220 độ -vào phạm vi phân hủy của PFA.
Dải nóng cục bộ tạo ra một vòng suy thoái nhanh chóng. PFA chuyển sang màu vàng, sau đó chuyển sang màu nâu và phát triển các vết nứt nhỏ. Trong nước cứng, cáu cặn thường kết tủa ở dải nóng, tạo thành vòng tròn màu trắng. Cân cách nhiệt hơn nữa, tăng nhiệt độ lên-một chu kỳ hỏng hóc tự-tăng nhanh hơn. Máy sưởi thẳng đứng có thể chạy trong nhiều năm mà không có các vòng như vậy; lò sưởi ngang phát triển các vòng có thể nhìn thấy trong vòng 3–12 tháng.
Phân tầng dòng chảy trong-Dịch vụ đun sôi
Ngay cả khi không đun sôi, máy sưởi ngang vẫn bị phân tầng dòng chảy. Dòng đối lưu tự nhiên tăng theo phương thẳng đứng. Bộ gia nhiệt thẳng đứng thẳng hàng với dòng chảy, tạo ra một lớp ranh giới đồng nhất. Một lò sưởi nằm ngang có một hình trụ vuông góc với dòng điện tăng. Phía thượng nguồn (phía dưới) nhìn thấy chất lỏng tươi mát; phía hạ lưu (trên cùng) ngập trong chất lỏng đã-được làm nóng từ bên dưới. Bề mặt trên nóng hơn 5–15 độ so với bề mặt dưới ở cùng một vị trí trục. Sự chênh lệch nhiệt độ theo chu vi này đủ nhỏ để tránh sự hình thành hơi nhưng đủ lớn để tăng tốc độ tấn công hóa học. Trong HCl 20% ở 90 độ, mặt trên của lò sưởi nằm ngang có nhiệt độ hiệu quả là 95–100 độ trong khi mặt dưới nhìn thấy 90 độ. Tốc độ thẩm thấu tăng gấp đôi sau mỗi 10–15 độ, do đó phần trên bị ăn mòn nhanh hơn 2–3 lần. Sau hơn 5.000 giờ, mặt trên phát triển độ mỏng và nứt ưu tiên.
Dữ liệu lỗi so sánh
| Định hướng nóng | Điều kiện dịch vụ | Thời gian cho đến khi vòng ăn mòn nhìn thấy được đầu tiên (giờ) | Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt (độ) | Chế độ lỗi | Cuộc sống tương đối |
|---|---|---|---|---|---|
| Thẳng đứng | Nước sôi, 100 độ, 3 W/cm2 | >5,000 | ±3 độ (trục) | Lão hóa đồng đều | 2.0× |
| Nằm ngang | Nước sôi, 100 độ, 3 W/cm2 | 500–1,200 | +20–40 độ (dải trên cùng) | vết nứt theo chu vi | 0.3–0.5× |
| Thẳng đứng | Không{0}}HCl 20% sôi, 90 độ | >8,000 | ±2 độ | Thẩm thấu chậm | 1.5× |
| Nằm ngang | Không{0}}HCl 20% sôi, 90 độ | 2,000–4,000 | +5–15 độ (trên cùng) | Vết nứt bề mặt trên | 0.6–0.8× |
| Thẳng đứng | Nước cứng (300 ppm), 80 độ | >10,000 | ±3 độ | Chia tỷ lệ dần dần | 2.0× |
| Nằm ngang | Nước cứng (300 ppm), 80 độ | 1,500–3,000 | +20–30 độ (vòng tỷ lệ) | Dải tỷ lệ cục bộ | 0.3–0.5× |
| Thẳng đứng | Bể khuấy trộn (dòng chảy cưỡng bức) | Không áp dụng (định hướng ít quan trọng hơn) | ±2 độ | Phụ thuộc vào dòng chảy | 1,0× (đường cơ sở) |
| Nằm ngang | Bể khuấy trộn (dòng chảy cưỡng bức) | N/A | ±3–5 độ | Acceptable if flow >0.5 m/s | 0.9× |
Giảm thiểu việc lắp đặt theo chiều ngang
Khi không thể tránh khỏi việc lắp ngang (bể nông, hạn chế về không gian), ba biện pháp giúp giảm sự hình thành vòng ăn mòn:
Tăng tốc độ dòng chảy: Install a recirculation pump or agitator to achieve >0,5 m/s qua lò sưởi. Dòng chảy cưỡng bức ngăn chặn sự tích tụ bong bóng và giảm chênh lệch nhiệt độ trên-đáy xuống còn 3–5 độ .
Xoay lò sưởi hàng quý: Đánh dấu phần trên của lò sưởi khi lắp đặt. Cứ sau 3 tháng, hãy xoay nó 90 độ hoặc 180 độ để có một bề mặt mới trở thành mặt trên. Điều này giúp phân bổ sự ăn mòn đồng đều, kéo dài tuổi thọ thêm 2–3×.
Mật độ watt thấp hơn: Hoạt động ở mức nhỏ hơn hoặc bằng 2 W/cm2 để giữ nhiệt độ bề mặt dưới 95 độ ngay cả dưới các mảng hơi, ngăn hiện tượng sôi ở bề mặt tiếp xúc.
Sử dụng máy sưởi có vây: Diện tích bề mặt mở rộng (vây) phá vỡ đường đi của bong bóng và thúc đẩy sự trộn lẫn, giảm các điểm nóng cục bộ.
Ví dụ trường
Một nhà máy hoàn thiện kim loại đã lắp đặt các bộ gia nhiệt PFA nằm ngang trong các bể mạ niken nông (độ sâu 300 mm) do hạn chế về không gian. Máy sưởi phát triển các dải chu vi màu nâu sau 3 tháng và nứt ở các dải sau 6–8 tháng. Nhà máy chuyển sang sử dụng máy sưởi thẳng đứng (độ sâu bể thực sự là đủ; niềm tin trước đây là sai). Máy sưởi thẳng đứng không có dải và tồn tại được 4+ năm. Nhà máy cũng bổ sung thêm một máy bơm tuần hoàn đơn giản trong các bể chứa không thể lắp đặt theo chiều dọc, kéo dài tuổi thọ của bộ sưởi ngang từ 8 tháng lên 2 năm.
Kết luận: Hướng dọc giảm thiểu vòng ăn mòn
Bộ gia nhiệt PFA nằm ngang phát triển các vòng ăn mòn cục bộ nhanh hơn 2–5× so với bộ gia nhiệt thẳng đứng do tích tụ bong bóng trên bề mặt phía trên (trong chế độ đun sôi) và phân tầng dòng chảy (trong chế độ không{2}}đun sôi). Bề mặt phía trên nóng hơn 5–40 độ, đẩy nhanh quá trình tấn công hóa học, thẩm thấu và lắng đọng cặn. Đối với bất kỳ cài đặt mới nào, hãy chỉ định hướng dọc. Nếu không thể tránh khỏi việc lắp theo chiều ngang, hãy thêm dòng chảy cưỡng bức, xoay lò sưởi hàng quý, giảm mật độ watt hoặc sử dụng các thiết kế có vây. Máy sưởi dọc là tiêu chuẩn vàng cho tuổi thọ cao. Máy sưởi ngang là một sự thỏa hiệp đòi hỏi phải giảm thiểu tích cực. Khi không gian cho phép, hãy đi theo chiều dọc. Ngân sách bảo trì của bạn sẽ cảm ơn bạn.
