Оксид магния высокой-чистоты, заполненный внутри нагревательных трубок из нержавеющей стали 316, действует как теплопроводящая и электроизоляционная среда между резистивным проводом и металлической оболочкой. Если нагревательная трубка спроектирована с чрезмерной удельной мощностью или имеет плохую теплоотдачу, внутри трубки может возникнуть локальный перегрев. Длительная-работа при сверх-температуре вызовет термическую деградацию изоляционного материала из оксида магния, что приведет к измельчению конструкции, увеличению склонности к поглощению влаги и осаждению ионов примесей. Осажденные хлориды, сульфаты и щелочные вещества образуют проводящий электролит при незначительной остаточной влажности, вызывая внутреннюю электрохимическую коррозию на внутренней стенке оболочки из нержавеющей стали и резистивной проволоки. В отличие от внешней коррозии, которую легко наблюдать, деградация внутренней изоляции и последующая вторичная коррозия развиваются в закрытой среде. Сигналы раннего предупреждения, такие как падение сопротивления изоляции, часто игнорируются и в конечном итоге приводят к перфорации стенок труб, утечкам тока и авариям, связанным с коротким-коротким замыканием. Многие производители сосредотачиваются только на первоначальных испытаниях изоляции перед поставкой и не контролируют риск термического старения внутренней изоляции во время эксплуатации, что приводит к частому преждевременному выходу из строя нагревательных трубок, вызванному ухудшением изоляции,-индуцированным вторичной коррозией. Поэтому комплексный контроль проектирования, производства и эксплуатации необходим для защиты системы внутренней изоляции и устранения скрытых рисков внутренней коррозии.
Термическая деградация внутренней изоляции и вызванная вторичная коррозия следуют типичному механизму постепенного разрушения. При нормальной температуре эксплуатации ниже 200 градусов плавленый оксид магния сохраняет стабильные химические свойства и плотную физическую структуру, эффективно изолируя тепло и ток. Когда локальная температура в течение длительного времени превышает 300 градусов, компактная структура порошка постепенно разрыхляется, дефекты границ кристаллов увеличиваются, а следы растворимых солей примесей, первоначально зафиксированных в сырье, выпадают в осадок. Когда уплотнение на обоих концах становится незначительной воздухопроницаемостью, водяной пар проникает и поглощается разложившимся оксидом магния, образуя проводящую ионную водную среду. Между резистивной проволокой и оболочкой из нержавеющей стали существует потенциальная разница, что приводит к образованию закрытой ячейки гальванической коррозии внутри трубки. Внутренняя стенка из нержавеющей стали 316 постоянно подвергается анодному растворению, постепенно образуя внутреннюю питтинговую коррозию, которая распространяется наружу, пока не проникнет в стенку трубы. Между тем, характеристики изоляции резко снижаются, что приводит к риску утечки тока и аварийной ситуации в оборудовании. Плотные участки намотки резистивного провода наиболее подвержены перегреву и старению изоляции.
В этом исследовании предлагаются четыре систематические меры контроля для предотвращения деградации изоляции из-за перегрева и последующей вторичной коррозии.
Во-первых, на стадии проектирования необходимо научно ограничить поверхностную плотность мощности, чтобы избежать локального перегрева. Для обычных среднеагрессивных сред поверхностная плотность мощности нагревательных трубок не должна превышать 10 Вт/см²; при высоких-температурах и сильных коррозионных условиях работы параметр необходимо контролировать ниже 8 Вт/см². Проволока внутреннего сопротивления имеет равноудаленную равномерную схему намотки для устранения концентрированных горячих точек, вызванных плотным расположением проводов. Надлежащим образом зарезервируйте припуск на рассеивание тепла в соответствии со скоростью потока среды и условиями теплообмена, чтобы предотвратить постоянное накопление температуры на стенках трубы.
Во-вторых, строго выполняйте предварительную-стандартную предварительную обработку оксида магния и процесс плотного наполнения. Допускается только высокотемпературный-прокаленный плавленый оксид магния с низким содержанием растворимых примесей, который перед заливкой необходимо обжигать при температуре 260 градусов в течение не менее 4 часов для удаления кристаллической воды и свободной влаги. Ступенчатое распределение частиц в сочетании с сегментированным высокочастотным вибрационным уплотнением позволяет минимизировать коэффициент внутренних пустот, уменьшить количество остаточного воздуха и избежать локального накопления тепла. После наполнения необходимо пройти испытание на сопротивление изоляции и выдерживаемое напряжение, чтобы отсеять некачественные полуфабрикаты с неплотным наполнением и скрытой влагой.
В-третьих, используйте конструкцию двойного уплотнения, устойчивую к высоким-температурам, чтобы предотвратить проникновение влаги. После термоусадочной обработки трубки оба конца герметизируются высокотемпературной силиконовой заглушкой с герметизирующим слоем из эпоксидной смолы. На отопительных трубках, применяемых в прибрежных условиях повышенной-влажности, канализационных и гальванических цехах, устанавливаются дополнительные металлические противо-защитные колпаки для защиты от влаги, блокирующие канал проникновения водяного пара, кислотного тумана и соляного тумана. Проверка старения уплотнения должна быть организована после процедуры уплотнения, чтобы исключить скрытую опасность медленного проникновения влаги.
В-четвертых, установите-мониторинг работы в режиме реального времени и механизм регулярной проверки изоляции. Настройте устройство блокировки защиты от перегрева-, которое будет автоматически отключать электропитание при возникновении аномальной температуры. Регулярно проверяйте сопротивление изоляции каждые 3–6 месяцев; как только значение сопротивления заметно уменьшится, это указывает на ухудшение изоляции и потенциальный риск внутренней коррозии, и нагревательную трубку следует своевременно заменять. Оптимизируйте условия-отвода тепла на объекте, чтобы избежать обволакивания нагревательных труб отложениями и грязью, которые препятствуют теплообмену.
Долгосрочная проверка в полевых условиях-показала, что нагревательные трубки, спроектированные с разумной удельной мощностью, осушенным оксидом магния высокой-чистоты и двойным-концевым уплотнением, могут сохранять стабильные изоляционные характеристики без внутренней вторичной коррозии после более чем 24 месяцев непрерывной эксплуатации. Напротив, у перегруженных нагревательных трубок с неплотным заполнением и односторонним-уплотнением в течение 5–9 месяцев происходит разрушение изоляции и точечная протечка во внутренних стенках. В заключение, разумный расчет параметров мощности, высококачественная-обработка изоляционного сырья, плотное наполнение и влагонепроницаемая-герметизация, а также регулярный контроль характеристик изоляции могут эффективно предотвратить деградацию внутренней изоляции от перегрева. Все эти-меры управления процессом блокируют путь возникновения внутренней вторичной коррозии, обеспечивают безопасную и стабильную работу нагревательных трубок из нержавеющей стали 316, а также снижают количество несчастных случаев и производственных потерь, вызванных преждевременным выходом оборудования из строя.
