Horizontalni grelniki PFA v galvaniziranih in kemičnih rezervoarjih dosledno razvijajo lokalizirane korozijske obroče-obodne pasove razbarvanja, razpok ali lusk-pri 2–5-kratni stopnji kot pri navpičnih enotah pri enaki uporabi. Primarni vzrok je stratifikacija toka in lovljenje mehurčkov. V vodoravni orientaciji se mehurčki pare, ki nastanejo na zgornji površini, dvigajo navpično, vendar grelec blokira njihovo pot. Mehurčki se nabirajo vzdolž vrha grelnika in ustvarjajo neprekinjeno parno plast, ki izolira PFA in zviša lokalno temperaturo za 20–40 stopinj. Ta vroč pas pospeši kemični napad, prepustnost in odlaganje vodnega kamna. V navpični orientaciji se mehurčki prosto dvigajo vzdolž površine grelnika, ne da bi se kopičili, tako da ostane celoten ovoj moker in hladnejši. Za kakršno koli storitev z vrenjem, izločanjem plinov ali nastajanjem mehurčkov je zelo zaželena navpična montaža.
Mehanika kopičenja mehurčkov na vodoravnih grelnikih
Ko vodoravni grelec PFA deluje v tekočini, povzroči toplotni tok nukleacijo parnih mehurčkov na površinskih nepopolnostih. Mehurčki zaradi vzgona rastejo, se odcepijo in dvignejo navpično. Pri navpičnem grelniku dvigajoči se mehurčki drsijo po površini, pometajo mejno plast in povečajo prenos toplote. Pri vodoravnem grelniku se mehurčki, ki se dvigajo iz spodnje polovice, zaletijo v zgornjo polovico. Zgornja polovica postane zbirno območje, kjer se mehurčki združijo v večje polže. Združeni mehurčki tvorijo diskontinuirano plast pare, ki kadar koli pokriva 10–30 % zgornje površine. Parna plast ima koeficient toplotnega prehoda 50–200 W/m²·K (v primerjavi s. 1,000–5000 W/m²·K za tekočino), zaradi česar se površinska temperatura PFA pod mehurčki dvigne. Grelnik, ki deluje pri 3 W/cm² v vodi s temperaturo 80 stopinj, ima običajno površinsko temperaturo 95–100 stopinj. Pod parno odejo isti toplotni tok dvigne površino na 150–220 stopinj -dobro v območje razgradnje za PFA.
Lokaliziran vroč pas ustvarja obroč pospešene degradacije. PFA porumeni, nato porjavi, nato se razvijejo mikrorazpoke. V trdi vodi se vodni kamen izloča predvsem na vročem pasu in tvori bel obodni obroč. Vodni kamen še dodatno izolira, s čimer še bolj zviša temperaturo-samo-pospešeni cikel okvar. Navpični grelec lahko deluje več let brez takih obročev; horizontalni grelec razvije vidne kolobarje v 3–12 mesecih.
Stratifikacija toka v storitvah brez-vrelišča
Tudi brez vrenja vodoravni grelniki trpijo zaradi stratifikacije toka. Naravni konvekcijski tokovi se dvigajo navpično. Navpični grelnik se poravna s tokom in ustvari enotno mejno plast. Horizontalni grelec predstavlja valj, pravokoten na naraščajoči tok. Gorvodna stran (spodaj) vidi svežo hladno tekočino; dolvodna stran (zgoraj) se kopa v že-segreti tekočini, ki je prišla od spodaj. Zgornja površina je 5–15 stopinj toplejša od spodnje površine v enakem osnem položaju. Ta obodna temperaturna razlika je dovolj majhna, da prepreči nastajanje hlapov, vendar dovolj velika, da pospeši kemični napad. V 20 % HCl pri 90 stopinjah zgornji del vodoravnega grelnika vidi efektivno temperaturo 95–100 stopinj, spodnji del pa 90 stopinj. Stopnje prepustnosti se podvojijo na vsakih 10–15 stopinj, tako da vrh korodira 2–3× hitreje. V 5.000 urah se vrh prednostno tanjša in razpoka.
Primerjalni podatki o napakah
| Usmerjenost grelnika | Pogoj storitve | Čas do prvega vidnega korozijskega obroča (ure) | Variacija površinske temperature (stopinje) | Način napake | Relativno življenje |
|---|---|---|---|---|---|
| Navpično | Vrela voda, 100 stopinj, 3 W/cm² | >5,000 | ±3 stopinje (aksialno) | Enakomerno staranje | 2.0× |
| Vodoravno | Vrela voda, 100 stopinj, 3 W/cm² | 500–1,200 | +20–40 stopinj (zgornji pas) | Obodno razpokanje | 0.3–0.5× |
| Navpično | Ne{0}}vreli 20 % HCl, 90 stopinj | >8,000 | ±2 stopinji | Počasno prepuščanje | 1.5× |
| Vodoravno | Ne{0}}vreli 20 % HCl, 90 stopinj | 2,000–4,000 | +5–15 stopinj (zgoraj) | Pokanje zgornje površine | 0.6–0.8× |
| Navpično | Trda voda (300 ppm), 80 stopinj | >10,000 | ±3 stopinje | Postopno skaliranje | 2.0× |
| Vodoravno | Trda voda (300 ppm), 80 stopinj | 1,500–3,000 | +20–30 stopinj (obroč lestvice) | Lokaliziran pas lestvice | 0.3–0.5× |
| Navpično | Mešani rezervoar (prisilni tok) | N/A (usmerjenost manj kritična) | ±2 stopinji | Odvisno od pretoka | 1,0 × (osnovna črta) |
| Vodoravno | Mešani rezervoar (prisilni tok) | N/A | ±3–5 stopinj | Acceptable if flow >0.5 m/s | 0.9× |
Ublažitev za vodoravne namestitve
Ko je horizontalna montaža neizogibna (plitvi rezervoarji, prostorske omejitve), trije ukrepi zmanjšajo nastanek korozijskega obroča:
Povečajte hitrost pretoka: Install a recirculation pump or agitator to achieve >0,5 m/s čez grelec. Prisilni tok preprečuje kopičenje mehurčkov in zmanjša temperaturno razliko zgoraj-spodnjega na 3–5 stopinj.
Četrtletno zavrtite grelec: Označite zgornji del grelnika pri namestitvi. Vsake 3 mesece ga obrnite za 90 ali 180 stopinj, tako da sveža površina postane vrh. To enakomerno porazdeli korozijo in podaljša življenjsko dobo za 2–3×.
Nižja gostota vatov: Delujte pri manj kot ali enaki 2 W/cm², da ohranite površinsko temperaturo pod 95 stopinj tudi pod parnimi zaplatami in preprečite vrenje na vmesniku.
Uporabite rebrasti grelec: Razširjena površina (plavuti) moti poti mehurčkov in spodbuja mešanje ter zmanjšuje lokalne vroče točke.
Primer polja
Obrat za končno obdelavo kovin je zaradi prostorske stiske namestil vodoravne grelnike PFA v plitke rezervoarje za ponikljanje (300 mm globine). Na grelnikih so se po 3 mesecih pojavili rjavi obodni pasovi, po 6–8 mesecih pa so na pasovih počili. Obrat je prešel na vertikalne grelnike (globina rezervoarja je bila dejansko zadostna; prejšnje prepričanje je bilo napačno). Vertikalni grelniki niso pokazali pasov in so trajali 4+ let. Obrat je dodal tudi preprosto recirkulacijsko črpalko v rezervoarjih, kjer navpična montaža ni bila mogoča, kar je podaljšalo življenjsko dobo vodoravnega grelnika z 8 mesecev na 2 leti.
Zaključek: navpična usmerjenost zmanjša korozijske obroče
Horizontalni grelniki PFA razvijejo lokalizirane korozijske obroče 2–5× hitreje kot navpične enote zaradi kopičenja mehurčkov na zgornji površini (pri vrenju) in stratifikacije toka (pri ne-vrenju). Zgornja površina je za 5–40 stopinj toplejša, kar pospeši kemični napad, prepustnost in odlaganje vodnega kamna. Za vsako novo namestitev določite navpično usmerjenost. Če se vodoravni montaži ni mogoče izogniti, dodajte prisilni pretok, četrtletno zavrtite grelec, zmanjšajte gostoto v vatih ali uporabite rebraste oblike. Vertikalni grelec je zlati standard za dolgo življenjsko dobo. Horizontalni grelnik je kompromis, ki zahteva aktivno blaženje. Ko prostor dopušča, pojdite navpično. Vaš proračun za vzdrževanje vam bo hvaležen.
