Za 1 mm tanku PFA stijenku u abrazivnoj suspenziji pri 1,5 m/s, najveća dopuštena veličina čestica za izbjegavanje pittinga (lokalizirana erozija dublja od 0,1 mm/godina) je 150–200 µm za tvrde čestice (silicijev dioksid, glinica, Mohs 7–9) i 300–400 µm za meke čestice (kalcijev karbonat, polimerne kuglice, Mohs 3–4). Veće čestice uzrokuju piting jer njihova energija udara (E ∝ d³ × v²) premašuje kritični prag za prinos PFA. Čestica silicijevog dioksida od 300 µm pri 1,5 m/s stvara energiju udarca od približno 0,5 µJ, dovoljnu za stvaranje mikro-kratera (dubine 5–10 µm) na površini PFA. Ponovljeni udarci povećavaju krater u jamu. Za zid debljine 1 mm, udubljenja dublja od 0,3 mm (30% debljine) značajno smanjuju vijek trajanja. Kako biste spriječili stvaranje rupa, ograničite veličinu čestica na<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
Energija udarca i prag uboda
Kritična veličina čestica d_crit izvedena je iz modela erozije: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3), gdje je H_PFA tvrdoća (≈ 65 Shore D, ≈ 20 MPa udubljenje). Za silicij (ρ=2,650 kg/m³), v=1.5 m/s, d_crit ≈ 180 µm.
Veće čestice uzrokuju udubljenje jer:
Imaju veću kinetičku energiju (skala s d³)
Stvaraju dublje udubljenje (skale s d)
Imaju tendenciju udara pod većim kutovima (manja rotacija)
Za zid od 1 mm, dubina udubljenja od 0,3 mm smanjuje preostalu debljinu na 0,7 mm – još uvijek prihvatljivo. Ali jame djeluju kao koncentratori naprezanja. Nakon što počne piting, brzina erozije se lokalno ubrzava.
Ograničenja veličine čestica prema materijalu
| Materijal čestica | Tvrdoća (Mohs) | Gustoća (kg/m³) | Maksimalna veličina za 1 mm zida (µm) pri 1,5 m/s | Očekivana dubina jame (µm/godina) | Preporuka |
|---|---|---|---|---|---|
| Silikatni pijesak | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | Prihvatljiv |
| Glinica | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | Marginalni |
| Silicij karbid | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | Ne preporučuje se |
| Staklene perle | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | Sef |
| Vapnenac (CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | Sef |
| Polimerne kuglice (HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | Sef |
| Metalne sitne (čelik) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | Prihvatljiv |
| leteći pepeo | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | Prihvatljiv |
Utjecaj brzine na kritičnu veličinu čestica
| Brzina (m/s) | Kritični d za silicij (µm) | Dubina jame (µm/godina) na d=200 µm | Bilješke |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | Sigurno (bez udubljenja) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | Prihvatljiv |
| 1.5 | 180 | 30–50 | Rubni za tanki zid |
| 2.0 | 120 | 80–120 | Visok rizik za zid od 1 mm |
| 2.5 | 90 | 150–200 | Neprihvatljivo |
| 3.0 | 70 | 250–300 | Brzi kvar |
Praktični vodič za 1 mm PFA zid
| Zahtjev za uslugu | Maksimalna veličina čestica | Maksimalna brzina | Očekivani život (godine) |
|---|---|---|---|
| Tvrde čestice (silika, glinica) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| Tvrde čestice | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| Tvrde čestice | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| Meke čestice (vapnenac, staklo) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| Bilo koje čestice | N/A | <0.5 m/s | 5–10 (neznatna erozija) |
Primjer polja
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 µm. Zidni grijač od 1 mm tada je trajao 3 godine.
Detekcija pitinga
Pregledajte površinu grijača s povećalom (10–20×). Jame se pojavljuju kao mali krateri (promjera 0,2–1 mm). Dubinu jame izmjerite dubinomjerom ili tankom iglom. Ako dubina udubljenja premašuje 0,3 mm na zidu od 1 mm, planirajte zamjenu unutar 6 mjeseci. Ako više udubina prelazi 0,5 mm, odmah ih zamijenite.
Ublažavanje prevelikih čestica
Ugradite zaslon ili filtar upstream to remove particles >200 µm.
Smanjite brzinu protokaza 20–30% (erozija opada za 50–70%).
Koristite deblji zid(2–3 mm) – omogućuje dublje udubljenja prije perforacije.
Koristite navlaku za habanje(PTFE, 1–2 mm) koji se može zamijeniti (vidi članak #64).
Zaključak: Za zid od 1 mm pri 1,5 m/s, maksimalna veličina čestica manja ili jednaka 150–200 µm za tvrde abrazive
Za PFA grijač sa stijenkom debljine 1 mm u abrazivnoj kaši pri 1,5 m/s, najveća dopuštena veličina čestica kako bi se izbjeglo stvaranje rupa je 150–200 µm za tvrde čestice (silika, aluminij) i 300–400 µm za meke čestice (vapnenac, staklo). Veće čestice uzrokuju udarne kratere (rupe) koji se s vremenom produbljuju, probijajući tanku stijenku. Ako se prevelike čestice ne mogu ukloniti, povećajte debljinu stjenke na 2-3 mm, smanjite brzinu ili ugradite habajuću čahuru. Stijenka od 1 mm je osjetljiva. Ne može izdržati velike, tvrde čestice. Veličina je bitna. Filtrirajte ih, usporite ili zgusnite. Život vašeg grijača ovisi o kontroli čestica. Izmjerite svoju gnojnicu, upoznajte svoje čestice, dizajnirajte u skladu s tim. U abrazivnoj službi, tanki zidovi su rizični. Debeli zidovi su sigurniji. Birajte mudro.
