Для стенки PFA толщиной 1 мм при работе в абразивной суспензии со скоростью 1,5 м/с максимально допустимый размер частиц, позволяющий избежать точечной коррозии (локальной эрозии глубиной более 0,1 мм/год), составляет 150–200 мкм для твердых частиц (кремнезем, оксид алюминия, Моос 7–9) и 300–400 мкм для мягких частиц (карбонат кальция, полимерные шарики, Моос 3–4). Более крупные частицы вызывают точечную коррозию, поскольку энергия их удара (E ∝ d³ × v²) превышает критический порог выхода PFA. Частица кремнезема размером 300 мкм со скоростью 1,5 м/с генерирует энергию удара примерно 0,5 мкДж, достаточную для создания микро-кратера (глубиной 5–10 мкм) на поверхности PFA. Повторные удары превратили кратер в яму. Для стенки толщиной 1 мм ямки глубиной более 0,3 мм (30% толщины) значительно сокращают срок службы. Чтобы предотвратить точечную коррозию, ограничьте размер частиц до<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
Энергия удара и порог точечной коррозии
Критический размер частиц d_crit выводится из модели эрозии: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3), где H_PFA — твердость (≈ 65 по Шору D, ≈ 20 МПа при вдавливании). Для кремнезема (ρ=2,650 кг/м³), v=1.5 м/с, d_crit ≈ 180 мкм.
Более крупные частицы вызывают точечную коррозию, потому что:
Они имеют более высокую кинетическую энергию (масштабируется с d³).
Они создают более глубокие углубления (масштабируются буквой d)
Они имеют тенденцию воздействовать под большими углами (меньшее вращение).
Для стенки толщиной 1 мм яма глубиной 0,3 мм уменьшает оставшуюся толщину до 0,7 мм, что все еще приемлемо. Но ямы действуют как концентраторы стресса. Как только начинается питтинг, скорость эрозии локально увеличивается.
Пределы размера частиц в зависимости от материала
| Материал частиц | Твердость (Моос) | Плотность (кг/м³) | Максимальный размер стенки толщиной 1 мм (мкм) при скорости 1,5 м/с | Ожидаемая глубина ямы (мкм/год) | Рекомендация |
|---|---|---|---|---|---|
| Кварцевый песок | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | Приемлемый |
| глинозем | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | Маргинальный |
| Карбид кремния | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | Не рекомендуется |
| Стеклянные бусины | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | Безопасный |
| Известняк (CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | Безопасный |
| Полимерные гранулы (ПНД) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | Безопасный |
| Металлическая мелочь (сталь) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | Приемлемый |
| Летучая зола | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | Приемлемый |
Влияние скорости на критический размер частиц
| Скорость (м/с) | Критическое d для кремнезема (мкм) | Глубина ямы (мкм/год) при d=200 мкм | Примечания |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | Безопасно (без питтинга) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | Приемлемый |
| 1.5 | 180 | 30–50 | Маржа для тонкой стены |
| 2.0 | 120 | 80–120 | Высокий риск для стенки толщиной 1 мм. |
| 2.5 | 90 | 150–200 | неприемлемо |
| 3.0 | 70 | 250–300 | Быстрый отказ |
Практическое руководство для стены из PFA толщиной 1 мм
| Требование к обслуживанию | Максимальный размер частиц | Максимальная скорость | Ожидаемый срок службы (лет) |
|---|---|---|---|
| Твердые частицы (кремнезем, оксид алюминия) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| Твердые частицы | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| Твердые частицы | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| Мягкие частицы (известняк, стекло) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| Любые частицы | N/A | <0.5 m/s | 5–10 (незначительная эрозия) |
Пример поля
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150 мкм. Настенный обогреватель толщиной 1 мм прослужил тогда 3 года.
Обнаружение точечной коррозии
Осмотрите поверхность нагревателя с помощью лупы (10–20×). Ямки выглядят как небольшие кратеры (диаметром 0,2–1 мм). Измерьте глубину ямы глубиномером или тонкой иглой. Если глубина ямки превышает 0,3 мм при толщине стенки 1 мм, запланируйте замену в течение 6 месяцев. Если размер нескольких ямок превышает 0,5 мм, немедленно замените.
Смягчение воздействия негабаритных частиц
Установите сетку или фильтр upstream to remove particles >200 µm.
Уменьшите скорость потокана 20–30 % (эрозия снижается на 50–70 %).
Используйте более толстую стену(2–3 мм) – допускает более глубокие ямки перед перфорацией.
Используйте сменную втулку(ПТФЭ, 1–2 мм), который можно заменить (см. арт. №64).
Вывод: для стенки толщиной 1 мм при скорости 1,5 м/с максимальный размер частиц менее или равен 150–200 мкм для твердых абразивов.
Для нагревателя ПФА со стенкой толщиной 1 мм в абразивном растворе при скорости 1,5 м/с максимально допустимый размер частиц во избежание питтинговой коррозии составляет 150–200 мкм для твердых частиц (кремнезем, глинозем) и 300–400 мкм для мягких частиц (известняк, стекло). Более крупные частицы образуют ударные кратеры (ямы), которые со временем углубляются, пробивая тонкую стенку. Если слишком крупные частицы удалить невозможно, увеличьте толщину стенки до 2–3 мм, уменьшите скорость или установите сменную втулку. Стенка толщиной 1 мм хрупкая. Он не может противостоять крупным твердым частицам. Размер имеет значение. Отфильтруйте их, замедлите или сгустите. Срок службы вашего обогревателя зависит от контроля частиц. Измерьте свой навоз, узнайте количество частиц и спроектируйте его соответствующим образом. При работе с абразивами тонкие стенки опасны. Толстые стены безопаснее. Выбирайте мудро.
