Hogyan okoznak eróziós kopást a koptatófolyadékok a PTFE fűtőberendezéseken?

A PTFE merülő fűtőberendezés nagy-szilárdanyag-tartalmú folyadékáramban működik a bányászati, szennyvízkezelési és hígtrágyafeldolgozó létesítményekben. Azonban egyre növekvő helyi elvékonyodást, érdes vagy kátyús felületet, extrém helyzetekben pedig lyukakat mutat a burkolaton. A kémiai kompatibilitási táblázatok azt mutatják, hogy a folyamatlúg egyáltalán nem bomlik le, a hőmérséklet jóval a határérték alatt marad, és nincs jele az oxidatív károsodásnak. A laboratóriumi vizsgálatok azt mutatják, hogy a sérülés teljesen mechanikus: a szétszórt csiszolószemcsék koptatták a fluorpolimer felületét. Az ezeken a területeken dolgozó mérnököknek tudniuk kell, hogy az eróziós kopás más típusú meghibásodás, mint a vegyi támadás vagy a termikus károsodás, és ezt tervezniük kell a tervezésben és a működésben.

Amikor a kemény részecskék, például homokszemcsék, ásványi kristályok, fémszemcsék vagy katalizátordarabok újra és újra megütik és elhasználják a PTFE burkolatot, ezt eróziós kopásnak nevezik. A PTFE az egyik legpuhább mérnöki polimer, de molekulaszerkezete nem bírja jól az ismétlődő mikro-vágást és a nagy sebességű részecskék becsapódásából adódó fáradtságot. Minden ütközés kis mennyiségű anyagot vesz el a mozgási energia miatt. A halmozott veszteség miatt a fal idővel elvékonyodik. A sérülés ott keletkezik, ahol a legnagyobb az áramlási sebesség, vagy hirtelen irányt változtat. Ez a fűtőtestek kanyarulatainak felfelé eső oldalán, azokon a helyeken történik, ahol a keringető bemenetek közvetlenül érintkeznek, valamint olyan területeken, ahol a szivattyúk, keverők vagy a tartály alakja erős turbulenciát okoz. Az áramlást gyorsító fő tényező az áramlási sebesség. Az erózió sebessége általában 2-3-szorosára növekszik minden sebességnövekedéssel, így már kismértékű, 1 m/s-ról 3 m/s-ra történő növekedés is 10-szeresére növelheti a kopást.

Úgy tűnik, hogy a fűtőelem elülső éle, ahol a folyadék először éri a felületet, az a hely, ahol a legrosszabb az ütközési sérülés. A recirkulációs körökben a bemeneti cső gyakran nagy sebességű{1}}sugarat küld egyenesen a fűtőberendezésre, amely az erózió hagyományos helye. A terelőlemezek után vagy a fűtőelemek körül a turbulens örvények még rosszabbá teszik a részecskebombázást. Az eróziós kopás ezzel szemben kivágásokat, az áramlási irány mentén futó barázdákat és matt, homok{4}}szórásos textúrát hoz létre, amely eltér az egyenletes vegyszeres elvékonyodástól. A falvastagság az érintett helyeken 1,0 mm-ről 0,3 mm-re változhat, miközben a mellettük lévő részek tiszták maradnak.

Az enyhítés első lépése a sebesség lassítása. A nagyobb átmérőjű fűtőcsövek vagy sok párhuzamos elem használata lelassítja a folyadék áramlását azonos tömegáram mellett, ami azonnal csökkenti az eróziós energiát. Az áramlási diffúzorok vagy perforált lemezek elhelyezése a fűtőzóna előtt segít még jobban kiteríteni a sugár lendületét. Amikor a folyamatkorlátozások megnehezítik a lelassítást, a kopásálló kialakítású-konstrukciók biztonságban tartják a dolgokat. A vastagabb PTFE-ből, fluorpolimer kompozitokból vagy kerámiával{5}}töltött bélésekből készült külső hüvelyek olyan áldozati anyagot adnak hozzá, amely elnyeli a részecskék becsapódását, mielőtt a fő burkolat megsérülne. Valójában az eróziós károk gyakran a legrosszabb a keringtető hurok bejáratánál, amikor a gyorsan mozgó{7}}folyadék először éri el a fűtőtestet. A koptató kezelések elleni védekezés egyik módja vastagabb csőfalak megadása, amelyek több időt adnak az anyag kopására, mielőtt eltörik.

A stratégiai pozicionálás csökkenti a kitettséget. Azok a fűtőberendezések, amelyek nem állnak közvetlenül a szivattyú nyomóvezetékeinek, a keverőberendezés nyomóáramainak vagy a tartály bemeneteinek útjában, nincsenek közvetlen becsapódási zónákban. Amikor csak lehetséges, a koptató részecskék hidrociklonokon, ülepítő tartályokon vagy zsákos szűrőkön keresztül történő szűrése megszünteti a kiváltó okot, ahelyett, hogy csak a következményeivel küzdene. Ha a szűrés nem lehetséges, a forgó vagy mozgó fűtőelemek gyakran szétterítik a kopást és meghosszabbítják a rendszer élettartamát.

Az ellenőrzési módszerek lehetővé teszik a dolgok cseréjét, mielőtt azok eltörnének. A tartály leeresztése után a szemrevételezés korai érdesedést és helyi elvékonyodást mutat. Ultrahangos vastagságmérőkkel a hüvely mentén különböző pozíciókban mérjük a maradék falvastagságot. Ha valamelyik alkatrész vastagsága kisebb, mint az eredeti vastagságának 60%-a, vagy ha a falon átmenő lyuk van, azonnal ki kell cserélni. A tervezett leállások trendadatainak felhasználásával meg lehet tippelni, hogy mennyi élettartam van még hátra a mért kopási arányok alapján. Száradás után a szigetelési ellenállás vizsgálata azt mutatja, hogy az erózió még nem törte át a burkolatot és nem engedte be a folyadékot az elektromos alkatrészekbe.

Az eróziós kopás nem olyan elterjedt, mint a kémiai vagy termikus meghibásodások, de az anyagok gondos megválasztásával és a rendszerek tervezésével szabályozható. A koptató-szervizes alkalmazásoknál az áramlási sebesség, a koptató részecskék, az ütközési sérülések és a kopásálló kialakítás mind fontos tényezők. Azok a mérnökök, akik figyelembe veszik ezeket a dolgokat a specifikációk írásakor, a gyorsan megtörténhet hibamechanizmust olyanná alakítják, amely lassan és egyenletesen fog megtörténni az idő múlásával. Valójában kopásálló felhasználás esetén tartósabb megoldáshoz vezethet, ha a gyártóval beszél a speciális kopásálló anyagokról vagy a fűtési topológiákról. Vannak olyan lehetőségek, mint például a páncélozott PTFE szerkezetek fém tartókkal belül, vagy hibrid burkolatok, amelyek a PTFE-t a külső rétegekkel keverik, amelyek ellenállnak a korróziónak. A korai egyeztetés megakadályozza, hogy a helyszíni változtatások sok pénzbe kerüljenek, és gondoskodik arról, hogy a PTFE merülőmelegítők megbízhatóan működjenek még a legnehezebb iszapos és nagy áramlású{8}}körülmények között is.