Цех гальванического покрытия извлек погружной нагреватель из ПТФЭ из резервуара для цинкования после девяти месяцев эксплуатации. В нагревателе была обнаружена горизонтальная трещина, идущая вдоль линии жидкости-границы между погруженной и открытой секциями. Трещина проникла в ПТФЭ и обнажила металлическую оболочку. Резервуар был оборудован поплавковым выключателем, который контролировал уровень жидкости, но у переключателя была зона нечувствительности примерно 40 мм, и уровень периодически поднимался и опускался в верхней части нагревателя.
Поплавковые выключатели являются обычными устройствами контроля уровня в резервуарах для гальванопокрытия и химической обработки. Они просты, надежны и недороги. Но у них есть зона нечувствительности-диапазон между уровнями включения-включения и-выключения-, которая позволяет уровню жидкости колебаться. Если нагреватель расположен так, что линия жидкости попадает в мертвую зону, нагреватель переключается между погруженным и открытым состояниями, и ПТФЭ трескается вдоль линии жидкости.
Почему линия жидкости является зоной концентрации напряжений
Жидкостная линия является границей между погруженной и открытой частями нагревателя. Погруженная часть охлаждается технологической жидкостью. Открытая часть охлаждается воздухом, что гораздо менее эффективно. Разница температур между двумя частями может составлять 50–100 градусов.
Погруженная часть расширяется меньше, чем открытая часть. Дифференциальное расширение создает напряжение сдвига в жидкостной линии. Напряжение концентрируется на поверхности ПТФЭ, где полимер связан с металлической оболочкой. Повторная езда на велосипеде вызывает усталостное растрескивание.
| Цикл уровня жидкости | Разница температур на линии жидкости | Амплитуда стресса | Время взломать |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40–60 градусов | Низкий | >36 месяцев |
| 10–25 мм | 50–80 градусов | Умеренный | 18–30 месяцев |
| 25–40 мм | 60–100 градусов | Высокий | 8–16 месяцев |
| 40–60 мм | 80–120 градусов | Очень высокий | 4–10 месяцев |
| >60 мм | >120 градусов | Серьезный | 2–6 месяцев |
Циклическое изменение уровня жидкости и его влияние на растрескивание ПТФЭ в жидкостной линии
Почему поплавковые выключатели создают цикличность жидкостной линии
Поплавковый выключатель срабатывает, размыкая или замыкая цепь, когда уровень жидкости достигает заданного значения. У переключателя есть зона нечувствительности-уровень должен упасть на определенную величину, прежде чем переключатель закроет наполнительный клапан. Зона нечувствительности обычно составляет 20–50 мм, в зависимости от конструкции переключателя.
Если нагреватель расположен так, что линия жидкости попадает в мертвую зону, нагреватель переключается между погруженным и открытым состояниями при каждом цикле наполнения. Количество циклов зависит от скорости испарения и-вытягивания. В резервуаре с высокой степенью испарения уровень может меняться несколько раз в день.
Почему образуется трещина на линии жидкости
Трещина образуется на линии жидкости, потому что именно там напряжение самое высокое. ПТФЭ в жидкостной линии подвергается воздействию полной разницы температур между влажной и сухой секциями. Касательное напряжение концентрируется на границе раздела металла из ПТФЭ-.
Трещина распространяется горизонтально вдоль линии жидкости. Она может оставаться поверхностной трещиной в течение нескольких месяцев или может проникнуть в ПТФЭ и обнажить металл. Как только металл оголяется, начинается коррозия, и нагреватель выходит из строя.
Предотвращение растрескивания жидкостной линии
Наиболее эффективной мерой профилактики является размещение нагревателя так, чтобы линия жидкости находилась значительно ниже зоны нечувствительности поплавкового выключателя. Верхняя часть обогреваемой секции должна находиться как минимум на 75 мм ниже минимального уровня жидкости. Это гарантирует, что нагреватель останется полностью погруженным в воду, даже если уровень находится в нижней точке мертвой зоны.
Блокировка низкого-уровня обеспечивает дополнительную защиту. Блокировка отключает питание нагревателя, если уровень падает ниже безопасного порога. Блокировка должна быть независимой от поплавкового выключателя и требовать ручного сброса.
Нагреватель с более короткой нагреваемой секцией, которая находится значительно ниже нормальной линии жидкости, обеспечивает запас против колебаний уровня. Если резервуар достаточно глубокий, размещение нагреваемой секции в нижней половине резервуара позволяет удерживать ее под водой даже при значительном падении уровня.
| Меры профилактики | Влияние на растрескивание жидкостной линии | Выполнение |
|---|---|---|
| Нижнее положение обогревателя | Избегает мертвой зоны | Монтаж обогревателя |
| Блокировка низкого-уровня | Отключает питание на низком уровне | Датчик уровня и реле |
| Более короткая обогреваемая секция | Удерживает нагреватель погруженным в воду | Конструкция обогревателя |
| Уменьшенная мертвая зона | Менее ровная езда на велосипеде | Модернизация поплавкового выключателя |
Меры предотвращения растрескивания жидкостных линий в резервуарах с поплавковыми выключателями
Когда растрескивание жидкостной линии указывает на проблему конструкции
Нагреватель, который трескается в жидкостной линии, несмотря на низкое монтажное положение и блокировку низкого-уровня, указывает на то, что зона нечувствительности поплавкового выключателя слишком велика для данного применения. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с более короткой нагреваемой секцией, более низким монтажным положением и блокировкой низкого-уровня устраняет основную причину растрескивания жидкостной линии. Для процесса спецификации требуются размеры резервуара, зона нечувствительности поплавкового выключателя, нормальный и минимальный уровни жидкости, а также требуемая мощность. На объектах с поплавковым выключателем уровня этот подход-специально для конкретного применения уменьшает растрескивание жидкостной линии и продлевает срок службы нагревателя.
