U rudarstvu, postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda i postrojenjima za obradu pigmenta ili katalizatora, zagrijavanje procesne tekućine rijetko je jednostavan zadatak. Ove primjene često uključuju visoko korozivne kemikalije u kombinaciji s suspendiranim abrazivnim krutinama kao što su sitni minerali, pijesak, metalni oksidi ili kristalizirane soli. U takvim okruženjima, standardni uronjeni grijači mogu se brzo pokvariti, ponekad i za nekoliko tjedana. Rezultirajući ciklus čestih zamjena, neplaniranih zastoja i sigurnosne izloženosti predstavlja ozbiljan operativni izazov. Odabir grijača koji može preživjeti i kemijski napad i fizičku abraziju stoga je ključna inženjerska odluka.
Za razliku od sustava koji su izloženi samo koroziji, abrazivne kaše uvode dodatni mehanizam trošenja koji ubrzava degradaciju materijala i poništava mnoge konvencionalne strategije zaštite.
Razumijevanje mehanizama korozije-kombiniranog trošenja
U abrazivnim-korozivnim tekućinama, kvar grijača je uzrokovan međudjelovanjem mehaničke erozije i kemijske reakcije. Suspendirane čestice udaraju ili klize duž površine grijača, mehanički uklanjajući zaštitne filmove ili površinske slojeve. Na metalnim omotačima ovaj postupak skida pasivne oksidne slojeve koji inače pružaju otpornost na koroziju. Jednom kada je izložena, svježa metalna površina brzo reagira s okolnim kemijskim tvarima, što dovodi do lokaliziranih udubljenja i ubrzanog gubitka materijala.
Iskustvo u primjeni abraziva pokazuje da ovaj sinergijski učinak često uzrokuje štetu mnogo brže od korozije ili abrazije koji djeluju neovisno. Čak i visoko{1}}legirani metali mogu se brzo razgraditi kada se zaštitni slojevi opetovano uništavaju udarom čestica.
Materijali-na bazi polimera suočavaju se s drugačijim izazovom. Iako ne korodiraju elektrokemijski, opetovano mehaničko ribanje može istrošiti površinu tijekom vremena. Odabir pravog polimera i njegova uporaba na način koji smanjuje abrazivnu interakciju postaje ključan za postizanje prihvatljivog životnog vijeka.
Uloga teflonskih omotača u abrazivnim-korozivnim tekućinama
Politetrafluoretilen (PTFE), koji se obično naziva teflon, nudi nekoliko svojstava koja ga čine privlačnim za zagrijavanje visoko korozivnih suspenzija. Kemijski je inertan na gotovo sve kiseline, lužine i oksidirajuća sredstva koja se susreću u industrijskim procesima. Ovo u potpunosti eliminira put elektrokemijske korozije.
Mehanički, PTFE se ne oslanja na tvrdu površinu da bi se odupro trošenju. Umjesto toga, njegove karakteristike niskog-trenja, ne-prianjanja smanjuju sklonost abrazivnih čestica da prianjaju ili bruše površinu. Iskustvo u primjeni abraziva pokazuje da je vjerojatnije da će čestice kliziti preko PTFE površine umjesto da se ugrađuju ili agresivno stružu, što smanjuje stopu mehaničkog trošenja.
Ovo ponašanje je u suprotnosti s metalima, gdje se čestice mogu zarijeti ili zariti u površinu, i s nekim tvrdim premazima koji pucaju ili se lome pod ponovljenim udarcima. Dok je PTFE mekši od metala ili keramike, njegova sposobnost odvajanja čestica i otpornosti na nakupljanje može rezultirati dužim učinkovitim vijekom trajanja u mješovitim habajućim -korozijskim okruženjima.
Usporedba s keramičkim i tvrdim{0}}površinskim omotačima
Keramički-grijači s plaštem ponekad se uzimaju u obzir za abrazivne usluge zbog svoje tvrdoće i otpornosti na trošenje. Keramika se može dobro ponašati protiv čiste abrazije, ali ima ograničenja u visoko korozivnim ili termički cikličnim okruženjima. Određene kemikalije mogu s vremenom napasti keramičke materijale, a toplinski udar ili mehanički udar mogu dovesti do pucanja.
Nakon što se keramički omotač ošteti, kvar je često iznenadan i potpun. Nasuprot tome, PTFE ima tendenciju postupnijeg trošenja, pružajući predvidljivije ponašanje pri radu. U stvarnosti, najbolji izbor ovisi o ravnoteži između kemijske agresivnosti, tvrdoće čestica i mehaničkih uvjeta unutar spremnika.
Praktična razmatranja dizajna za grijanje gnojovkom
Sam izbor materijala ne jamči pouzdanost u abrazivnim kašama. Dizajn sustava i praksa ugradnje snažno utječu na vijek trajanja grijača.
Postavljanje grijača je kritično. Zone izravnog sudara-kao što su područja u blizini ulaza gnojnice, ispusnih točaka crpki ili lopatica mješalice-izlažu grijače najvećim brzinama čestica i udarnim silama. Postavljanje grijača u niže{4}}područja turbulencije spremnika može značajno smanjiti trošenje.
Debljina plašta je još jedna važna varijabla. Deblji PTFE omotač osigurava dodatni materijal za apsorbiranje trošenja prije nego što grijaći element bude ugrožen. Iako to može neznatno smanjiti učinkovitost prijenosa topline, kompromis-se često opravdava duljim radnim vijekom i smanjenim održavanjem.
Dizajn brtvljenja i prirubnice zaslužuje posebnu pozornost. Abrazivne kaše vrlo su učinkovite u probijanju malih pukotina. Čvrste brtve na prirubnici, kompatibilne s kemijom i radnom temperaturom, bitne su za sprječavanje curenja u električna kućišta. Iskustvo pokazuje da je kvar brtve čest sekundarni uzrok oštećenja grijača u sustavima gnojnice.
Mehanička podrška i zaštita
U spremnicima s mješalicama ili visokim sadržajem krutih tvari, mehanička podrška sklopa grijača postaje jednako važna kao i sam materijal plašta. Nepodržane duljine grijača mogu vibrirati ili se savijati pod silama tekućine, povećavajući trošenje na određenim točkama. Dodavanje potpornih nosača, štitnika ili rukavaca može stabilizirati grijač i zaštititi ga od izravnog udara čestica.
U nekim primjenama, višestruki grijači-niže snage raspoređeni po spremniku pružaju bolju izdržljivost od jednog elementa-jake snage. Ovaj pristup smanjuje lokalnu turbulenciju i omogućuje fleksibilnije postavljanje dalje od zona jake abrazije.
Zaključak
Zagrijavanje visoko korozivnih tekućina koje sadrže abrazivne krutine zahtijeva pažljivu ravnotežu između kemijske inertnosti i mehaničke otpornosti. U tim okruženjima, mehanizmi kvara pokreću se kombiniranim učincima trošenja-korozije koji brzo nadvladaju konvencionalne dizajne grijača. Grijači s PTFE-plaštom nude uvjerljivo rješenje eliminirajući kemijski napad i smanjujući mehaničko ribanje kroz svoje površine s-trenjem koje se ne lijepe.
Međutim, dugoročna-pouzdanost ne ovisi samo o izboru materijala. Položaj grijača, debljina plašta, mehanička potpora i robusno brtvljenje igraju ključne uloge. Za spremnike s mješalicama, velikim opterećenjem krutim tvarima ili jakom turbulencijom, prilagođeni-sklop grijača koji rješava i kemijske i mehaničke izazove često daje najbolje rezultate. U abrazivnim-korozivnim primjenama, promišljeni inženjering ostaje najučinkovitija strategija za smanjenje zamjena i održavanje neprekidnog rada.
