Aká je maximálna rýchlosť častíc, ktorú môže 1,5 mm PFA plášť vydržať bez erozívneho zlyhania?

Pri prevádzke s abrazívnym kalom-ťažba, výroba pigmentov, manipulácia s katalyzátorom-tuhé častice unášané kvapalinou narážajú na plášť ohrievača PFA a postupne narúšajú hrúbku steny. Pre 1,5 mm PFA plášť (typické pre všeobecné priemyselné ohrievače) je maximálna rýchlosť častíc pred erozívnym porušením funkciou tvrdosti častíc, veľkosti, koncentrácie a uhla dopadu. Pre kremičitý piesok (tvrdosť podľa Mohsa 7, stredný priemer 200 µm, 5 % hmotnosti) je maximálna povolená rýchlosť 2,5–3,0 m/s pre 2-ročnú životnosť (za predpokladu 8 000 prevádzkových hodín/rok). Nad 3,5 m/s sa erózia blíži k 0,5 mm/rok a 1,5 mm stena sa zníži na menej ako 1,0 mm za 2 roky, keď bude možná permeácia a mechanické poškodenie. Pre húževnatejšie častice (oxid hlinitý, Mohs 9) maximálna rýchlosť klesá na 1,5–2,0 m/s. Pre mäkšie častice (Mohs 3 vápenec) sú prípustné rýchlosti do 5,0 m/s. Rýchlosť erózie je daná vzťahom E=k × vn, kde n=2.5-3.5 pre PFA.

Obmedzenia rýchlosti a výpočet rýchlosti erózie
Rýchlosť erózie PFA je definovaná ako E=C (v)^3,2 (d)^0,7 (H_p/H_t)^1,2 kde E je v mm/rok, v je rýchlosť v m/s, d je priemer častice v mm, H_p je tvrdosť častice v Mohs, H_t je cieľová tvrdosť (PFA) a konštantná koncentrácia{9} Mohs} ~.2. Pre kremičitý piesok (d=0.2 mm, Hp =7) pri 2 hmotn. %, C je približne 0,015. Pri v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/rok. Erózia=0.68 mm za 2+ rokov (16 000 hodín) Od 1,5 mm, zostávajúca hrúbka=0.82 mm - na hranici spoľahlivosti (odporúča sa minimálne 0,8-1,0 mm). Pri v=3.0 m/s, E=0.015 x (3,0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 mm/rok, 1,20 mm za 2 roky, iba 0,30 mm – neprijateľné. Preto je maximálna bezpečná rýchlosť pre 2-ročnú životnosť s 1,5 mm stenou pre túto skupinu častíc 2,7 m/s.

C ~ 0,025 pre oxid hlinitý (H_p=9, d=0.1 mm, koncentrácia=1%) Pri v=1.8 m/s, E=0.025 × (1,8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/rok, 0,51 mm za 2 roky, takže 0,99 mm zostáva prijateľných {=1}. Pri v=2.0 m/s, E=0.025 × (2,0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/rok, 0,60 mm za 2 roky, zostáva 0,90 mm – okrajové, ale prijateľné. Pri v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 mm/rok, 1,13 mm za 2 roky, 0,37 mm vľavo-neprijateľné

Maximálna rýchlosť častíc podľa materiálu (životnosť 2 roky, 1,5 mm stena)
Particle Hardness (Mohs) MaterialTypical Size (microns)Max Velocity (m/s) for 2 Year Life Erosion Rate at Maximum Velocity (mm/yr)Remaining Thickness After 2 Years (mm) Polymer pellets (HDPE, PP) 1-2 2,000-5,000 >5.0 <0.10 >1.3 Uhličitan vápenatý (vápenec) 3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
Chlorid sodný (kryštály soli) 2.5 200–500 4.0–4.5 0.20–0.25 1.00–1,10
Medená ruda (chalkopyrit) 3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
Železná ruda (hematit) 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0,90
Kremičitý piesok (kremeň) 7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
kremičitý piesok 7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
Sklenené guľôčky 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00 Alumina (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1,00
Karbid kremíka (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
Zirkónia (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
Popolček (zmiešaný) 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00
Praktické dôsledky a zmiernenia
Pri existujúcich inštaláciách zmerajte lokálnu rýchlosť prúdenia cez ohrievač pomocou pitotovej trubice alebo ultrazvukového prietokomeru. Merací bod je umiestnený 50 mm od povrchu ohrievača na strane proti prúdu, pretože v dôsledku zúženia prietoku je rýchlosť 1,5–2,5× vyššia ako rýchlosť objemovej nádrže. Ak je zaznamenaná rýchlosť vyššia ako maximálna pre daný typ častíc, vykonajte nápravné opatrenie: (1) Nainštalujte deflektor prietoku (perforovaná platňa) 50 až 100 mm pred ohrievačom, aby sa minimalizovala lokalizovaná rýchlosť. Správne zostavený deflektor môže znížiť rýchlosť na ohrievači o 40-60%. (2) Zväčšite hrúbku steny ohrievača na 2,5–3,0 mm, čím sa zvýši prípustná rýchlosť o 30–50 % pri rovnakej tolerancii erózie. (3) Znížte rýchlosť čerpadla alebo použite motor s premenlivou frekvenciou na zníženie rýchlosti obehu. (4) Zmeňte orientáciu ohrievača: Vertikálny ohrievač s prietokom rovnobežným s osou ohrievača podlieha podstatne menšej erózii (faktorom 5-10) ako vodorovný ohrievač kolmý na prietok. Pri prevádzke s kalom by mali byť ohrievače namontované iba vertikálne a prietok by mal byť axiálny cez dĺžku ohrievača, nie priečne.

Hrúbka 1,5 mm PFA plášťov, ktoré sú už v brúsnom režime, sa musí merať na ročnom základe. Pomocou ultrazvukového meradla vykonajte merania v troch rôznych výškach a na štyroch rôznych miestach po obvode. Ak je riedenie väčšie ako 0,2 mm/rok, rýchlosť je mimo bezpečný limit. Naplánujte si výmenu pri zostávajúcej hrúbke 1,0 mm a vykonajte kroky na zníženie rýchlosti pri prevádzke výmenného ohrievača. 1.5 mm s hrúbkou pod 1,0 mm, hrozí neočakávaná perforácia, kontaminácia kúpeľa a zemná porucha.

Záver: Maximálne 2,5-3,0 m/s pre kremičitý piesok
2,5-3,0 m/s je maximálna rýchlosť častíc bez erozívneho zlyhania pre 1,5 mm PFA plášť v suspenzii kremičitého piesku (Mohs 7, 100-200 mm, 2-5 % koncentrácia) počas 2 rokov nepretržitej prevádzky. Erózia je vyššia ako 0,5 mm/rok pri zvyšujúcich sa rýchlostiach a po 2 rokoch znižuje hrúbku steny pod prijateľné minimum 0,8 −1,0 mm. Pre tvrdšie častice (oxid hlinitý, SiC) sa maximálna rýchlosť znižuje na 1,5-2,0 m/s. Pre mäkšie častice (vápenec, soľ) sú prípustné rýchlosti do 4,5 m/s. Inžinieri musia merať miestnu rýchlosť, nie objemové prietoky. Ak požadovaná rýchlosť procesu presahuje maximum pre typ častíc, špecifikujte hrubšiu stenu PFA (2,5-3,0 mm) alebo vykonajte opatrenia na zníženie rýchlosti. 1,5 mm plášť je určený len pre suspenzie s nízkou rýchlosťou, nízkou koncentráciou alebo mäkkými časticami. 1.5 mm nie je vhodný pre vysokorýchlostné použitie tvrdých častíc, bez ohľadu na iné konštrukčné kvality. Stena s hrúbkou 1,5 mm je najtypickejšou priemyselnou hrúbkou, ale často je to zlá voľba v brúsnom zaťažení. Špecifikujte po výpočte rýchlosti erózie. Keď máte pochybnosti, zhrubnite sa. Erózia je nemilosrdná.