Какова реальная максимальная скорость потока для нагревателя PFA, погруженного в суспензию стеклянных шариков без эрозионного износа?

The PFA heater sheaths are a little bit abrasive to glass beads (diameter 200 µm, Mohs hardness 5–6). Sharp silica sand cuts more, round glass beads less cutting and more surface fatigue. The critical velocity for the commencement of detectable erosion (wall thinning >0,1 мм/год) составляет 3,5-4,0 м/сек для стенки ПФА толщиной 2 мм. Для более длительного срока службы (5 лет, 40 000 ч) максимально возможная скорость потока составляет 2,5–3,0 м/с, что ограничивает эрозию до 0,2–0,3 мм/год. При скорости выше 4,5 м/с скорость эрозии быстро возрастает до 0,8-1,2 мм/год, размывая стенку до 1 мм за 1-2 года. Растворы стеклянных шариков менее эрозивны, чем кварцевый песок, и более эрозивны, чем полимерные гранулы. Для скоростей выше 3,5 м/с укажите более толстую стенку из PFA (3 мм) или сменную износную втулку.

Сферические и угловые частицы. Механизм эрозии.
Концентрация напряжений на поверхности ПФА, создаваемая сферическими стеклянными шариками, меньше, чем у угловатых частиц. Но круглая форма распределяет силу удара по более широкой области, ограничивая количество локальных порезов. Эрозия происходит от усталости. Повторные удары приводят к образованию микротрещин, которые объединяются, образуя ямки. Скорость эрозии пропорциональна E=kv^n, где n=2.5-3.0 для сферических частиц (по сравнению с . 3.0-3.5 для угловых). При скорости 3 м/с стеклянные шарики эрозируют со скоростью 0,15–0,25 мм/год, кварцевый песок с той же скоростью эрозирует со скоростью 0,4–0,6 мм/год. Стеклянные шарики в 2-3 раза менее разрушительны.

Это делает нагреватели PFA более подходящими для работы со стеклянными шариками (например, бисерные мельницы, классификаторы с псевдоожиженным слоем), чем для работы с кварцевым песком.

Скорость эрозии в зависимости от скорости потока (стенка из PFA 2 мм, 80 градусов, 10% твердых частиц)
Скорость потока (м/с) Скорость эрозии формы частиц (мм/год) Время до 1 мм (из 2 мм) Осталось 5 лет Утончение (мм) Рекомендуемая максимальная скорость, срок службы 5 лет
1,0 Сферический 0.03-0.05 20-30 лет 0,15-0,25 Безопасный 1,5 Сферический 0.05-0.08 12-20 лет 0,25-0,40 Безопасный 2,0 Сферический 0.08-0.12 8-12 лет 0,40-0,60 Безопасный 2,5 Сферический 0,12-0,18 Приемлемость 0,60–0.90 5–8 лет
3,0 Сферические 0.18-0.25 4-6 лет 0,90-1,25 Маргинальное (прореживание на 10% за 5 лет)
3,5 Сферическая 0,25–0.35 3–4 года 1,25–1,75 Не рекомендуется.
4,0 Сферические 0.35-0.50 2-3 лет 1,75-2,50 Нет
4.5 Spherical 0.50–0.80 1.2–2 years >2,0 (перфорация)Нет.
5,0 Сферическая 0,80–1.20 0.8–1,2 годаПерфорация Нет
Для сравнения: кварцевый песок (угловатый, 200 мкм) при скорости 3 м/с эродирует на 0,5-0,8 мм/год - 2-3× быстрее.

Влияние концентрации твердых веществ
При постоянной скорости скорость эрозии по существу является линейной функцией содержания твердых частиц (мас.%). Для 3 м/с:

Концентрация твердых веществ (мас. %) Скорость эрозии (мм/год) Утонение за 5 лет (мм) Предложение
1% 0,03–0.05 0.15–0,25 Безопасно Любая скорость до 4 м/с 5 % 0.10-0.15 0.50-0.75Безопасно до 3,5 м/с.
10% 0,18–0.25 0.90–1,25 Максимум 3,0 м/сек.
20 % 0.30-0.45 1.50-2.25 Макс.. 2.5 м/с
30 % 0,45–0.65 2.25–3,25 Избегайте использования PFA. Используйте металлическую или сменную втулку.
Практические идеи
Срок службы со стенкой из ПФА толщиной 2 мм в течение 5 лет:

Максимальная скорость=2.5 м/с для 10 % стеклянных шариков.

Макс. скорость=3.0 м/сек с 5 % стеклянными шариками

Максимальная скорость=3.5 м/с для 2% стеклянных шариков

Чтобы продлить жизнь:

Более толстая стенка: 3 мм PFA разрушается со скоростью 0,12–0,18 мм/год со скоростью 3 м/с → утончение на 0,6–0,9 мм за 5 лет → приемлемо.

Уменьшите скорость: уменьшите скорость насоса или установите выпрямители потока, чтобы снизить скорость до 2 м/сек.

Ориентация: Вертикальный поток, параллельный оси нагревателя, снижает эрозию в 5-10 раз по сравнению с поперечным потоком (см. статью №72).

Износостойкая втулка: Сменная ПТФЭ втулка толщиной 1 мм устанавливается на нагреватель. Меняйте втулку каждые 2–3 года. PFA под ней остается нетронутым.

Пример с места
Нагреватели из PFA со стенкой 2 мм использовались с петлей для суспензии стеклянных шариков (200 мкм, 15% твердых частиц, 3,2 м/с, 80 градусов). Через 18 месяцев нагреватели проржавели до толщины 1 мм (скорость утонения 0,7 мм в год). На нагреватель ПФА завод установил износную втулку (толщина 2 мм, ПТФЭ, 50 шт.). Через 12 месяцев втулка изнашивалась и была заменена. Нагреватель ПФА был оригинальной толщины. Нагреватель ПФА продолжал функционировать через 5 лет. По 50 штук) на нагревателе ПФА. Втулка изнашивалась через 12 месяцев и была заменена. Нагреватель ПФА был оригинальной толщины. Нагреватель ПФА продолжал эксплуатироваться после 5 лет. Стоимость втулки The250 сэкономила 2000 долларов США на замене системы отопления за 5 лет.

Обнаружение и мониторинг
For existing slurry service, measure PFA wall thickness annually at five sites (upstream, downstream and sides) with an ultrasonic gauge. Velocity is too high if thinning is >0,2 мм/год. Выбор:

На 20 % меньше скорость (на 50–60 % меньше эрозии).

Принятый срок службы нагревателя составляет 2 года.

Добавьте износ рукавов.

Вывод. 2.5-3.0 м/с Макс. на 5 лет жизни с 10% стеклянными бусинами
Наибольшая скорость потока для нагревателя из ПФА, погруженного в суспензию стеклянных шариков размером 200 мкм (10% твердых частиц, 80 град.), без эрозионного износа, составляет 2,5-3,0 м/с при 5-летнем сроке службы со стенкой 2 мм. При скорости 3,5 м/с эрозия ускоряется и срок службы сокращается до 3–4 лет. Стеклянные шарики менее эрозивны, чем кварцевый песок (скорость эрозии в 2–3 раза ниже), хотя контроль скорости все же требуется. Укажите более толстые стенки (3 мм) или сменные сменные втулки для увеличения скорости или увеличения срока службы. Утолщать. измерять Ежегодно; замените, если рем. стенка Больше или равна 1 мм. «Круглый» возможен для сферических шариков, хотя они все равно изнашиваются. Скорость управления. Измерьте эрозию. Замените вовремя. Это зависит от обогревателя.