В чем разница в режиме отказа между нагревателем PFA, перегретым в жидкости, и перегретым в паре?

Существует два разных сценария перегрева нагревателей PFA. Один из них — когда нагреватель находится в жидкости, но теплопередача недостаточна (плохой поток, загрязненная поверхность, слишком высокая плотность ватт). Другой вариант — когда нагреватель находится в паре или воздухе (сухое-пожар) из-за низкого уровня жидкости. Из-за очень переменного коэффициента теплопередачи и химической активности окружающей среды виды отказов существенно различаются. При перегреве жидкости (еще погруженной, но сильно охлажденной) температура поверхности ПФА постепенно и равномерно повышается, обычно до 180-250 градусов. Отказ происходит из-за увеличения проникновения, разрушения внутренней поверхности и окончательной коррозии сердечника – процесс, занимающий от нескольких дней до недель. В случае перегрева пара (под воздействием воздуха или пара) температура поверхности ПФА быстро (за считанные минуты) повышается до 300–400 градусов, что приводит к немедленному плавлению, образованию пузырей и катастрофическому разрыву. Перегрев жидкой фазы также менее катастрофичен и имеет предупреждающие индикаторы (повышение температуры поверхности, увеличение утечки сопротивления изоляции), позволяющие упреждающее отключение. Таким образом, отказ паровой фазы происходит более резко и с большей вероятностью приведет к загрязнению резервуара.

Нарушение проницаемости и перегрев медленной жидкости
Погружной нагреватель PFA, работающий при высокой плотности мощности или низком расходе, приведет к увеличению температуры поверхности PFA выше расчетного максимума (обычно 110 градусов для длительного срока службы, 140 градусов для длительных периодов). При 160–200 градусах PFA разлагается в результате разрыва цепи и окисления, но разрушение ограничивается внутренней поверхностью (металлический интерфейс PFA-), поскольку внешняя поверхность все еще находится в контакте с горячей жидкостью. Пары воды и кислоты проходят через ПФА с повышенной скоростью (в 5–50 раз выше, чем при 100 градусах). Металлическое ядро ​​корродирует, и образующиеся соли металлов имеют больший объем, чем исходный металл. Это создает внутреннее давление, которое приводит к вздутию PFA изнутри. Волдырь представляет собой локализованную опухоль диаметром от 5 до 20 мм, часто возникающую после 200–1000 часов согревания. Если волдырь лопнет, жидкость зальет активную зону, и сразу же произойдет замыкание на землю. Или сердечник корродирует без вздутий, образуя разомкнутую цепь (нагреватель не нагревается) без загрязнения.

Signs of warming of the liquid: (1) Increase of surface temperature detected by external thermocouple or infrared camera. A heater that ran at 105 degrees for years is now running at 125 degrees with the same output and flow. (2) Insulation resistance decreasing from >От 1000 МОм до 100–500 МОм в течение нескольких недель, что указывает на проникновение влаги в контакт. (3) Натуральный PFA (полупрозрачный) в погруженной части обесцвечивается до желтовато-коричневого цвета. (4) Появление маленьких пузырьков на поверхности нагревателя во время работы (локальное кипение на поверхности PFA, что указывает на температуру поверхности выше 100 градусов). У операторов есть от нескольких дней до недель, чтобы отреагировать снижением мощности или очисткой нагревателя.

Перегрев пара: термический выход из-под контроля, быстрый
Коэффициент теплопередачи для нагревателя PFA падает с 500–5000 Вт/м²·К (жидкость) до 10–50 Вт/м²·К (пар/воздух) при контакте пара или воздуха с нагревателем (уровень жидкости падает ниже нагревателя). Для нагревателя с удельной мощностью 3–5 Вт/см2 температура поверхности ПФА возрастает со 100–110 град до 250–400 град за 1–5 мин. ПФА довольно легко плавится при температуре 250–300 градусов (температура плавления 305–315 градусов). При 300 - 350oC полимер находится в вязко-жидком состоянии. Гравитация тянет расплавленный PFA вниз или наружу, подвергая металлический сердечник воздействию пара. Быстрое окисление (на воздухе) или коррозия (в парах кислот) обнаженной жилы обычно приводит к разрыву цепи или замыканию на землю в течение периода от 30 секунд до 5 минут после воздействия. Поломка катастрофична: оболочка PFA повреждается и расплавленный полимер может капать в резервуар, загрязняя продукт.

Warning indicators of vapour overheating: (1) Heater is on yet tank liquid level is obviously low (operator observation) . (2) A strong burnt or bitter smell (due to PFA decomposition products, mainly fluorocarbon gases). (3) Smoke or vapour escaping from the tank above the heater site. (4) Insulation resistance of the heater lowers from >от 1000 МОм до<10 MΩ in seconds to minutes. By the time a warning is detected the heater is usually already damaged beyond repair. This is achieved by level monitoring and interlocks to de-energise the heater when the liquid level falls below the minimum point of submersion.

Краткое описание сравнительного режима отказа
Параметр Жидкость СупернагревПар Перегрев (Сухой-Огонь)
Типичная температура поверхности PFA 160-220 градусов 300-400 градусов
Время до отказа (от начала перегрева)Дни-недели 1-10 минут
Основной механизм разрушенияУскорение проникновения + ухудшение внутренней поверхностиОбъемное плавление + деградация полимера
Набухание (волдыри) Возникновение дефектов Диаметр 5–20 мм. Оболочка расплавилась, провисла или раскрошилась; ядро обнажено
Insulation resistance development>от 1000 МОм до<10 MΩ gradual change over 100-500 hoursQuick decline to <1 MΩ in seconds of core exposure
Нагреватель все еще выглядит работающим? Да, но не так хорошо Нет (обрыв цепи или замыкание на землю)
Риск загрязнения ванны Низкий (коррозия ядра солями меди/никеля) Высокий (капли расплавленного PFA + металлы ядра)
Предупреждающие знаки: повышение температуры поверхности, изменение цвета, пузырение, запах, дым, низкий уровень жидкости.
Время реакции оператораНедели или дниОт секунд до минут (часто слишком поздно)
Результаты проверки после отказа. Вздутие оболочки, белые/зеленые продукты коррозии на блистере. Разрушенная оболочка или ее отсутствие, почерневший металлический сердечник, обугленные остатки.
Рекомендуемая профилактика Снижение удельной мощности Улучшение расхода Очистка накипи Блокировка уровня + выключатель низкого уровня
Идентификация поля и действие
Неисправная оболочка PFA показывает режим перегрева после отказа нагревателя. Волдыри представляют собой локализованные приподнятые пятна, возникающие в результате перегрева жидкости и кажутся мягкими по сравнению с окружающими PFA. Разрезать волдырь: внутри сухая полость с белыми или зелеными продуктами коррозии (солями металлов). PFA рядом с блистером обесцвечена (коричневая), но не повреждена. Пар перегревается и плавит или разрушает оболочку. В самой горячей зоне PFA может вообще отсутствовать или провисать вниз (направление силы тяжести). Металлический сердечник почернел (окисление) или имеет зеленую/синюю коррозию (кислотное воздействие). Неудача, конечно, разрушительная.

Уровень жидкости и температура поверхности нагревателя измеряются для профилактического обслуживания. Нагреватель PFA, работающий в жидкости при температуре 90 градусов, должен иметь температуру поверхности 95-110 градусов (в зависимости от плотности ватт и расхода). Если температура поверхности на 15 C выше базовой температуры при тех же условиях эксплуатации, проверьте отсутствие загрязнений или уменьшение расхода, прежде чем перегрев начнет прогрессировать. Если по какой-либо причине уровень жидкости опускается ниже нагревателя, нагреватель должен быть -отключен в течение 5 секунд. Достаточно поплавкового выключателя с задержкой в ​​2-3 секунды, а большая задержка может привести к перегреву пара. Никогда не доверяйте оператору следить за автоматической блокировкой установки на нижнем уровне.

Вывод: Перегрев жидкости предупреждает, перегрев пара – нет.
Нагреватель PFA, перегретый в жидкости, выйдет из строя медленно (от нескольких дней до недель) из-за вздутия от внутреннего давления и имеет заметные предупреждающие индикаторы (повышение температуры поверхности, снижение сопротивления изоляции, изменение цвета). У операторов есть время среагировать. Режим отказа нагревателя, перегретого в паре (сухое-пожар), происходит быстро (минуты) с плавлением и катастрофическим разрушением оболочки и не дает абсолютно никаких предупреждений-к моменту обнаружения запаха или дыма нагреватель разрушается. Требуется автоматическое определение уровня с блокировкой для отключения питания во избежание перегрева пара. Правильный выбор плотности ватт (менее или равной 3 Вт/см² для большинства систем водоснабжения), соответствующий расход и регулярный контроль температуры поверхности могут предотвратить перегрев жидкости. Инженеры проводят преждевременное зондирование. В случае неисправности нагревателя PFA установите, какой именно перегрев имел место. Если волдыри не плавятся, нагреватель был перегружен жидкостью. В случае плавления или разрушения оболочки нагреватель сработает всухую.