Почему следует избегать использования металлических хомутов непосредственно на холодной секции обогревателя PFA во влажной среде?

Холодная часть нагревателя из PFA, то есть область над линией подачи жидкости, где полимерная оболочка закрывает электрический вывод, кажется механически прочной и невосприимчивой к воздействию окружающей среды. Но во влажных условиях металлические хомуты, затянутые непосредственно на этом холодном участке, приводят к предсказуемой последовательности отказов. Зажим оказывает локализованное сжимающее усилие на PFA, который демонстрирует вязкоупругую ползучесть при комнатной температуре. PFA вытекает из зажима в течение нескольких недель или месяцев, снижая силу зажима и создавая крошечный зазор. Влажный воздух попадает в это отверстие и конденсируется на более холодном металлическом конце внутри. Влага, попавшая в изоляцию, приводит к электрическому трекингу, снижению сопротивления изоляции и, в конечном итоге, к проблемам с заземлением. Метод отказа является тонким. Нагреватель работает регулярно до тех пор, пока ток утечки не превысит порог срабатывания, через много месяцев после установки зажима.

Механика релаксации ползучести и образования щелей
PFA имеет модуль упругости около 600–800 МПа при 20–40 градусах, но заметно ползучесть при постоянном сжимающем напряжении. Обычный червячный-хомут для шланга, затянутый с моментом затяжки 2–3 Н·м, оказывает контактное давление 5–10 МПа на поверхность PFA, что значительно превышает долговременную-прочность полимера на сжатие. Первичное сползание ПФА под лентой хомута происходит в течение первых 24 ч после установки хомута и приводит к потере толщины от 0,1 до 0,3 мм. Последующая вторичная ползучесть, медленнее, происходит в течение 500–1000 часов (3–6 недель), что приводит к общему уменьшению толщины от 0,3 до 0,8 мм, в зависимости от температуры и влажности. Эта ползучесть необратима. Зажимная лента изготовлена ​​из нержавеющей стали или углеродистой стали с цинковым покрытием и не ползет. Это приводит к потере прижимной силы. Зажим, который изначально был затянут для обеспечения водонепроницаемости, через 2–4 месяца эксплуатации во влажной среде становится достаточно свободным и может свободно перемещаться по оболочке из PFA.

Зазор под хомутом не ровный. Максимальное сползание происходит вблизи краев зажимной ленты, создавая конусообразный зазор, который действует как капиллярный фитиль. Термический цикл (холодная область нагревается, когда двигатель работает, и остывает, когда он не работает) всасывает влажный воздух в этот зазор и откладывает влагу. Один 24-часовой цикл при относительной влажности 80% и температуре 30 градусов с включенным обогревателем в течение 8 часов может привести к попаданию 0,5–1,0 миллиграмма воды в зазор. За более чем 100 циклов на электрических контактах в холодной зоне скапливается влага. Сама оболочка из PFA непроницаема в холодной части (температура < 60 градусов), однако зазор под зажимом обеспечивает прямой путь вокруг полимерного барьера.

Электрическое отслеживание и пробой изоляции
Электрохимическое отслеживание начинается, когда влага попадает через зажим (который может быть заземлен, если он касается резервуара) на внутреннюю металлическую клемму. Ток утечки протекает через пленку влаги при наличии приложенного напряжения (120-480 В переменного тока). Даже если ток утечки постоянен и составляет 0,5 мА, это приводит к локальному нагреву, который приводит к карбонизации органических загрязнителей на поверхности PFA. Обугленные пути имеют меньшее сопротивление, поэтому ток увеличивается и процесс ускоряется. Сопротивление изоляции между нагревательным элементом и землей снижается с > 1000 МОм до < 10 МОм через 200–500 часов после первого проникновения влаги. Прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI) срабатывает при утечке тока 5–30 мА, обесточивая нагреватель. На объектах, не защищенных GFCI, ток утечки может сохраняться до тех пор, пока металлический зажим или клемма не подвергнется коррозии до такой степени, что возникнет разрыв цепи или опасность возгорания.

Проблема наиболее серьезна на предприятиях гальваники и химической обработки, где влажность окружающей среды превышает 70% и преобладают переносимые по воздуху соли или кислотные туманы. Попадание влаги на металлическое окончание ускоряет коррозию металлического окончания под действием ионов хлорида из соседних гальванических ванн. Сам зажим из нержавеющей стали не подвергается коррозии, но медные или никелевые клеммы внутри холодной зоны быстро корродируют в присутствии влаги, содержащей хлориды-. При осмотре нагревателей, вышедших из строя по этому механизму, всегда обнаруживаются зеленые продукты коррозии меди на выводах и белый или коричневый налет на внутренней поверхности PFA под местом расположения зажима-, прямое свидетельство проникновения влаги в месте зажима.

Альтернативы методу крепления прямым металлическим зажимом. Механическая безопасность. Надежность влагозащищенного уплотнения. Пригодность для влажной среды.
Металлический хомут для шланга, прямой на PFA Умеренный (начальный) Плохой (ломается после ползучести) Не подходит
Полоса, PFA/PTEE-облицована металлическим зажимом Умеренная (меньше ползучести) Умеренная (вкладыш уменьшает, но не устраняет зазор) Крайняя; проверяйте ежеквартально.
Зажим (ПВДФ или ПФА) Пластик Умеренный (низкая ползучесть по ПФА) Умеренный (пластик-на-пластике уменьшит капиллярное впитывание) Умеренная влажность
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70% относительной влажности
Термоусадочная трубка над зажимом, покрытая клеем Низкая (только уплотнение) Хорошая (первая) Термоусадка расползается, со временем теряет герметичность
Башмак из PFA отлитый или окончание заформовано HighExcellent (механическое крепление не требуется) Лучше всего подходит для работы в условиях высокой влажности и мытья.
Зажим из нержавеющей стали с силиконовой подушкой (2 мм)Высокая Хорошая (сжатие подушечки 30-50%, поглощение ползучести) Рекомендуется; менять колодку ежегодно
Рекомендации по установке во влажных условиях
Если нагреватель PFA предполагается использовать при влажности окружающей среды более 60% более 1000 часов в год, спецификация должна ограничивать использование прямых металлических хомутов на холодной части нагревателя PFA. Предпочтительным способом крепления кронштейнов или опорных рычагов является литой фланец из PFA или компрессионный фитинг, который распределяет нагрузку по большой площади (шириной не менее 20 мм) и использует эластомерное уплотнение (FKM или EPDM), сохраняющее сжатие, несмотря на ползучесть PFA. Три способа снижения риска снижают вероятность отказа, если зажим неизбежен. Подложите подкладку из силиконовой резины толщиной 1-2 мм по всей ширине зажимной ленты. Эластическое восстановление колодки (сжатие 60–80%) компенсирует ползучесть PFA в течение 12–18 месяцев. Во-вторых, перед тем как прикрепить площадку, нанесите на поверхность PFA небольшой слой диэлектрической смазки (силиконовой-основы); смазка закрывает микроскопические щели и препятствует впитыванию влаги. В-третьих, после затяжки загерметизируйте края зажимной ленты влаго-отверждаемым силиконом RTV, чтобы обеспечить дополнительный барьер от проникновения влажного воздуха. Ни одно из этих решений не является таким эффективным, как простое снятие металлического зажима. Для новых технических характеристик нагревателя укажите цельнолитые монтажные кронштейны или фланцы, которые устраняют любые крепления на холодной секции. Дополнительные затраты на формованный кронштейн (20-50) тривиальны по сравнению со стоимостью отказа из-за замыкания на землю, приводящего к остановке технологической линии на четыре часа (20-50), тривиальны по сравнению со стоимостью отказа из-за замыкания на землю, приводящего к остановке технологической линии на четыре часа (2000-10000).

Вывод: зажимы противостоят ползучести и влажности в сочетании
Металлические хомуты, контактирующие с холодной частью нагревателя PFA, выходят из строя во влажных условиях, когда PFA проскальзывает при длительном сжатии, оставляя зазор, из которого влага попадает на электрическое окончание. Диагностика сложна, поскольку сбой обычно происходит через 3-12 месяцев после установки. Оператор обычно заменяет нагреватель, не диагностируя зажим как основную причину, и последует череда отказов. Решение состоит в том, чтобы использовать монтаж без зажимов-с формованными фланцами, компрессионными фитингами с эластомерными уплотнениями или пластиковыми зажимами, имитирующими свойства ползучести PFA. Хотя срок службы существующей установки можно продлить, заменив металлические зажимы на зажимы с силиконовыми-подкладками и загерметизировав края, риск не устранен. В любом месте, где относительная влажность постоянно превышает 70%, любой зажим на холодной части следует рассматривать как временный фитинг, который следует заменять каждые 12 месяцев, независимо от его внешнего состояния. Наилучшее долгосрочное-решение — поручить производителю обогревателя цельнолитые монтажные элементы, чтобы не требовалось устанавливать зажимы на месте.