Koji je siguran maksimalni gradijent snage (W/cm² u sekundi) za PFA grijač da bi se izbjeglo stvaranje mjehura od unutrašnje pare?

Brzo uključivanje PFA grijača iz hladnog stanja rezultira značajnim zagrijavanjem metalnog jezgra u poređenju sa ambijentalnim PFA omotačem. Ako postoji preostala vlaga na kontaktu PFA-metala (obično 5-50 mg od proizvodne ili apsorbirane vlage), vlaga se pregrijava i ispari prije nego što se PFA zagrije dovoljno da omogući difuziju. Visok pritisak pare (10-100 bara) lokalno podiže PFA iz jezgre i formira blister. Nakon što se razvije, parom{15}}punjeni mjehurić djeluje kao toplotni izolator, uzrokujući da područje postaje toplije i da se mjehur širi. Važan parametar za kontrolu formiranja plikova nije gustina u vatima u stacionarnom stanju, već gradijent snage: koliko brzo raste gustina vata (W/cm2/sec). Za tipičan PFA grijač bez dodatne zaštite od vlage, siguran maksimalni gradijent snage je 0,5 do 1,0 W/cm2 u sekundi. Čak i pri stabilnom-gustoćini u vatima znatno ispod PFA-ove kontinuirane ocjene, gustoća vata iznad 2–3 W/cm² po sekundi će izazvati žarenje unutar 10–50 ciklusa pokretanja.

Mehanizam stvaranja mjehurića pare i povećanje temperature
PFA-metalni interfejs bilo kog grijača sadrži zaostalu vlagu iz tri izvora: (1) vode koja se apsorbira iz vlažnog zraka tokom skladištenja (PFA je propusna za vodenu paru), (2) kondenzacije tokom ciklusa-hlađenja i (3) ostataka proizvodnje. "Suhi" grijač bi obično uključivao 5-20 mg vode duž granice na dužini od 1 m. Tokom hladnog starta i pri punoj snazi, temperatura metalnog jezgra raste brzinom datom dT/dt=(P×η)/(m×c_p), gdje je P snaga (W), η efikasnost (≈0,95), m masa jezgra (≈2–4 kg za grijač od 6 kW), a c≈2–4 kg za grijač od 6 kW, i c≈5 inc_p 0 J/kg·K). Za grijač od 6 kW sa jezgrom od 3 kilograma dT/dt=(6,000 x 0,95) / (3 x 450)=5,700 / 1,350=4.2 stepen/sek. Jezgro dostiže 100C za (100-20)/4.2=19 sekundi. Vanjska površina PFA, u kontaktu sa hladnom tekućinom, zagrijava se mnogo sporije. Unutrašnja površina PFA (pored jezgra) je približno 100 stepeni u t{38}} sekundi, međutim vanjska površina može biti samo 30-40 stepeni. Temperatura duž cijelog zida u t{41}} sekundi je 60-70 stepeni.

Voda na kontaktu ključa na 100 stepeni. Ova brza promjena faze iz tekućine u paru rezultira povećanjem volumena za 1600x. Interfejsni jaz (0,1-1,0 µm) je premali da bi mogao da prihvati ovo širenje i pritisak raste na 10-100 bara. lokalno dolazi do stvaranja PFA i formira se mjehur - slojevit odjeljak općenito prečnika 2-10 mm. Blister je napunjen parom sa toplotnom provodljivošću od ~0,02 W/m·K (10× niže od PFA). Područje plikova je vrući dio sa lokalnim porastom temperature od 20-50 stepeni. Svaki put kada se to dogodi, plikovi postaju sve veći i uvlače vlagu iz okolnog područja. Blister može puknuti za 10-100 ciklusa i izložiti metalno jezgro procesnoj tečnosti, što rezultira naglim zemljospojem.

Ograničenja gradijenata snage prema statusu grijača
Sadržaj vlage u grijaču Interfejs stanja vlage (mg/m dužine)Maksimalni dq/dt (W/cm2.s) siguran Maksimalno stabilno-stanje q (W/cm2) Vrijeme do pune snage (za grijač od 4 W/cm2) Preporučena kontrola pokretanja
Vakuumski osušeni ili pročišćeni dušikom 1 mg 5-100,4 do 0,8 sec. Do 5 Dobar početak
Fabrički novo (suvo skladištenje)5-10 mg 1.5-2.5 3-4 1.6-2.7 sec. Meki start (rampa od 3-5 sek.)
Standardno implementirano u vlažnoj klimi 10–25 mg 1,0–1.5 3–4 2.7–4,0 sekundi Kontrola rampe (5 do 10 sekundi)
Aged (>2 godine vlažnog servisa) 25-50 mg 0.5-1.0 2-3 4-8 sec Spora rampa (10-20 sec)
Wet (poor storage, condensation inside) >50 mg 0,2–0.4 1–2 10–20 sekundi osuši prije upotrebe vrlo spor početak
Grijač sa prethodnim plikovima (vidjeti ili osjetiti) Varijabilno N/AN/AN/A Zamijenite grijač; ne može se povratiti
Verifikacija na terenu i praktično računarstvo
Da biste odredili gradijent snage postojeće instalacije: Izmjerite vrijeme od uključivanja grijača (na izlazu kontrolera) do trenutka kada grijač dostigne stabilnu snagu. Za jednostavno uključivanje/isključivanje kontrolisanog otpornog grijača puna snaga se obezbjeđuje odmah-nagib je praktično neograničen za prvu milisekundu. To je rizično. gradijent=(konačna gustina snage)/(trajanje rampe) za kontrolu faznog-ugla SCR sa rampom mekog starta. Primjer: Grijač od 6 kW sa površinom od 0,1 m2 (qfinal=6 W/cm2) i periodom rampe od 10 sekundi proizvodi dq/dt=6 / 10=0.6 W/cm2 po sekundi - sigurno. dq/dt=3 W/cm² po sekundi, vrijeme rampe 2 sekunde - opasno za većinu grijača.

Field verification of presence of blisters (1) Insulation resistance measurement (megohmmeter, 500 V DC) before start-up (cold) and just after steady state temperature is reached. The decrease in resistance from >1.000 MΩ do 100-500 MΩ pri zagrijavanju označava migraciju vlage i potencijalno stvaranje plikova. (2) Prođite prstima duž PFA površine sa isključenim grijačem i ohladite. Plikovi se napipaju kao male kvržice (1-5 mm u prečniku, blago uzdignute). (3) Infracrvena kamera se može koristiti tokom pokretanja da detektuje regione plikova kao lokalizovane vruće tačke (5-20C iznad okolnog omotača) u roku od 30-60 sekundi od primene struje. Ako se pronađe žulj, grijač treba zamijeniti.

Kontrolna strategija za prevenciju
Najbolji način da izbjegnete stvaranje mjehura od pare je korištenje mekog-pokretanja ili rampe snage. Za konvencionalne grijače, programabilna rampa koja progresivno povećava snagu od 0% do 100% tokom 10-30 sekundi ograničava dq/dt na 0,2-0,7 W/cm^2/sec. Vrijeme rampe treba odrediti ovisno o masi grijača i očekivanom stanju vlage. Konzervativna početna tačka: vrijeme rampe (s) jednako je gustini u vatima u stacionarnom stanju (W/cm^2). Ramp 4-8 sekundi za grijanje od 4 W/cm2. Za grijač za koji se zna da ima visoku vlažnost (produženi period mirovanja u vlažnom području), iskoristite 15 do 30 sekundi. Meki-start se može obaviti sa osnovnim-relejem sa kašnjenjem i solidnim-relejem (jeftin, 50-150 USD) ili sa programabilnim PID kontrolerom sa mogućnostima rampe (Watlow, Omron, Eurotherm, itd.). Rampa se koristi za svako pokretanje, a ne samo nakon prekida napajanja. Za grijače koji puno kruže (više puta dnevno), kratka rampa (5-10 sekundi) je dovoljna jer vlaga nema šanse da se nakupi mnogo između ciklusa.

Za nove specifikacije grijača, inženjeri bi trebali zatražiti proceduru pročišćavanja vlagom, u kojoj se grijač zagrijava na 120 stupnjeva pod vakuumom ili suvim azotnim tokom 24 sata kako bi se uklonila vlaga sa interfejsa prije isporuke. Proizvođač garantuje zaostalu vlagu < 1mg. Takvi grijači mogu preživjeti dq/dt do 5 W/cm2/sec. Razlika u cijeni je minimalna (10-20% premije) Za osnovne primjene gdje meki start nije dostupan, odaberite "suhi grijač sa dopunom dušikom" i zatražite certifikat.

Zaključak: Standardni grijači ograničavaju dq/dt na manje ili jednako 1W/cm2/sec
Za konvencionalni PFA grijač, siguran maksimalni gradijent snage kako bi se izbjeglo stvaranje internih parnih mjehura je 0,5-1,0 W/cm^2/sek, što je ekvivalentno vremenu rampe od 4-10 sekundi do pune snage za grijač od 4 W/cm^2. Veći gradijenti pregrijavaju preostalu vlagu na PFA-metalnom kontaktu, formirajući parne plikove koji se šire sa svakim termičkim ciklusom i konačno pucaju, što dovodi do zemljospoja. Prevencija je jednostavna i jeftina, korištenjem soft{22}}kontrolera za pokretanje ili programabilnih funkcija rampe. Sigurni gradijenti se povećavaju na 5-10 W/cm2/sec za grijače sa utvrđenim niskim sadržajem vlage (1 mg sušenjem u vakuumu). Ako takva dokumentacija nije dostupna, pretpostavite 10-25 mg vlage i koristite period rampe od najmanje 5 sekundi za grijače do 4 W/cm 2 . Mala vremenska kazna je zanemarljiva u poređenju sa troškovima zamjene grijača i zastoja u procesu zbog kvara u vezi sa mjehurićima. Inženjeri bi trebali definirati maksimalno dq/dt ili minimalno vrijeme rampe u specifikaciji za kupovinu grijača. Grejač koji se mrači pri pokretanju nije oštećen zbog materijala – on je žrtva prevelikog gradijenta snage u odnosu na stanje vlage. Kontrolišite gradijent, kontrolirajte plikove.