Môže ohrievač PFA s kovovou sieťkou zabudovanou vo vonkajšej vrstve poskytnúť uzemnenie-zisťovania chýb bez odhalenia kovu?

Obvyklou metódou detekcie zemných porúch na ohrievačoch PFA je meranie zvodového prúdu z vykurovacieho telesa do procesnej kvapaliny. Ak je plášť PFA prasknutý alebo priepustný, potom sa kvapalina stretne s kovovým jadrom a vytvorí sa vodivá cesta. Avšak v čase, keď sa to stane, je ohrievač už vážne poškodený. Chyby je možné zistiť skôr bez vystavenia holých kovov korozívnemu procesu pomocou ohrievača PFA s kovovou sieťkou implantovanou do vonkajšej vrstvy (medzi dve vrstvy PFA). Sieťka je zvyčajne z nehrdzavejúcej ocele alebo niklu a je spojená s monitorom zemného spojenia. Keď je vonkajšia vrstva PFA porušená (oderená, chemicky napadnutá alebo prasknutá), procesná kvapalina sa dostane do kontaktu s vloženou sieťkou, čím dokončí obvod so zemou a spôsobí výstrahu alebo vypnutie. Vnútorná vrstva PFA zostáva na svojom mieste, takže kovové jadro neprichádza do kontaktu s vaňou a nekontaminuje ju. Toto nastavenie umožňuje detekciu poškodenia plášťa, zatiaľ čo hlavná bariéra (vnútorná PFA) zostáva úplne funkčná. Spoľahlivo deteguje mechanické poškodenie, oter a chemické napadnutie, ale nezaznamenáva penetráciu (molekulárnu difúziu cez neporušené PFA).

Princíp konštrukcie a detekcie
Ohrievač má trojvrstvovú štruktúru: vnútorná PFA (1,0-1,5 mm) cez kovové jadro, vodivá sieťka (0,1-0,3 mm hrubá, 50-80 % otvorená plocha) a vonkajšia PFA (0,3 – 0,5 mm) cez sieťku. Sieť je pripojená k monitoru zemného spojenia (vyhradený alebo bežný GFCI s nižším prahom, 1–5 mA). Počas normálnej prevádzky je sieťka izolovaná od procesnej kvapaliny vonkajším PFA. Sieťka pláva na zemi (alebo referenčnom napätí). Ak je vonkajšia vrstva porušená – škrabancom, opotrebovaním alebo prasknutím – vodivá kvapalina sa dotkne sieťky. Zvodový prúd (zvyčajne 0,5-5mA) prechádza z vykurovacieho telesa (120-480VAC) cez vnútornú PFA (kapacitná väzba alebo kaz) cez sieťku na zem. Monitor vidí tento prúd a buď vypne ohrievač alebo spustí alarm. Vnútorná vrstva PFA zostáva na svojom mieste a procesná tekutina sa nedotýka kovového jadra. Ohrievač je možné vymeniť skôr, ako dôjde ku katastrofálnej poruche alebo kontaminácii kúpeľa.

Sieťka by mala byť konštruovaná tak, aby sa nevytvorila žiadna kapacitná väzobná dráha, ktorá by mohla spôsobiť rušivé vypnutia. Pre 1 m² ohrievač s nerezovou sieťkou (50% pokrytie) je kapacita medzi vykurovacím telesom a sieťkou rádovo 50-200 pF. Kapacitný zvodový prúd je 0,5-2 μA pri 60 Hz, čo je oveľa menej ako konvenčné prahové hodnoty vypnutia (1-5 mA). Falošné výlety cez kapacitnú väzbu nie sú problémom. Sieťka však musí byť elektricky izolovaná od kovového jadra. Akýkoľvek priamy kontakt generuje trvalé zemné spojenie. Pri výrobe musí byť vnútorná vrstva PFA bez dier a sieťovina musí byť nasadená bez prepichnutia vnútornej vrstvy.

Úspešnosť detekcie režimu zlyhania
Režim zlyhania Porucha vonkajšieho PFA Porucha vnútorného PFA ?Možnosť detekcie siete? Časová výhoda oproti konvenčnému GFCI
Oder (opotrebovaná vonkajšia vrstva) Áno Nie Áno Mesiace až roky
Škrabanie nástrojom alebo úlomkom Áno Nie Áno Mesiace až roky
Chemický útok (zhoršenie povrchu) Áno (časom) Nie (najskôr) Áno Týždne až mesiace
Tepelné praskanie (cyklovanie) Áno (šírenie praskliny smerom von) Zatiaľ nie Áno Týždne až mesiace
Poškodenie nárazom (ding)Áno (ak dôjde k vonkajšiemu porušeniu) Nie Možno Mesiace
Permeácia (molekulárna difúzia) Nie (integrita) Nie Nie (žiadny kontakt s kvapalinou) Žiadne (rovnaké ako predvolené)
Dierka v dvoch vrstvách (výrobná chyba) Áno Áno Áno (ale jadro je odkryté) Žiadne (staré GFCI vypadne v rovnakom čase)
Prasklina vo vnútornej vrstve (vonkajšie jemné) Nie Áno Nie (kvapalina sa dostane k jadru, nie sieťovine) Žiadne (bežná GFCI deteguje vystavenie jadra)
Výkon v teréne a obmedzenia
Poľné experimenty s ohrievačmi PFA uloženými so sieťovinou v abrazívnych kaloch (kremičitý piesok, 2 m/s, 80 stupňov) počas 2 rokov viedli k tomu, že počas pokusu malo 12 z 50 ohrievačov porušenie vonkajšej vrstvy (overené poklesom izolačného odporu medzi sieťovinou a zemou). Vnútorná vrstva PFA bola neporušená vo všetkých 12 prípadoch. Sieťový detektor by sa spustil 1-2 hodiny po narušení vonkajšej vrstvy, ale štandardný GFCI (ktorý deteguje únik z jadra) by sa nespustil, pretože jadro bolo stále izolované. Priemerná zostávajúca vnútorná hrúbka PFA pri pohotovosti bola 1,1 až 1,4 mm (začiatok na 1,5 mm) – zostalo veľa bariéry. Bez sieťky by tieto ohrievače boli aktívne až do porušenia vnútornej vrstvy (odhadom o 3-9 mesiacov neskôr), kedy by došlo ku kontaminácii kúpeľa. Sieťka upozorňovala 3 až 9 mesiacov vopred.

V chemickej prevádzke (30 % HCl, 90 stupňov) malo päť ohrievačov praskanie vonkajšej vrstvy v dôsledku tepelných cyklov. Sieťka bola schopná detegovať všetkých päť v 1-2 cykloch po nástupe trhliny. Štandardná GFCI by sa nespustila, kým sa trhlina nerozšírila do vnútornej vrstvy (o 20 až 50 cyklov neskôr). Sieťka opäť dobre varovala. Ako sa očakávalo, sieťou nepozorovali žiadne poruchy permeácie (molekulárna difúzia kyseliny cez intaktné PFA). Pre aplikácie, kde je priepustnosť hlavným spôsobom zlyhania (napr. koncentrované HF pri vysokej teplote), ponúka sieťka malú výhodu.

Inštalácia a monitorovanie
Pletivo potrebuje vlastnú elektrickú prípojku – tretí vodič v kábli ohrievača (okrem vedenia, nuly a uzemnenia jadra). Chcete, aby bola sieťová zem oddelená od základnej pôdy, aby nedošlo k zámene. Štandardnou praxou je pripojenie sieťky k monitoru a monitora k uzemneniu systému.

Sieťka zvyšuje náklady na ohrievač o 15-30%.