یک کارخانه شیمیایی یک بخاری غوطه وری PTFE را در یک مخزن آبکاری نیکل تنها پس از هفت ماه خدمت از دست داد. غلاف الگویی از شکاف های ریز و متقاطع را در امتداد بخش گرم شده پایین نشان داد. ترک ها در لبه ها یا خط مایع متمرکز نشده بودند. آنها در سراسر منطقه ای که با ورودی چرخش مجدد تانک روبرو بود توزیع شدند. پمپ سیرکولاسیون کارخانه طوری برنامه ریزی شده بود که هر پانزده دقیقه یکبار خاموش و روشن شود تا در مصرف انرژی صرفه جویی شود. هر سیکل پمپ یک شوک حرارتی به سطح بخاری وارد می کند.
ترک خوردگی شوک حرارتی زمانی اتفاق می‌افتد که سطح هیتر غوطه‌وری PTFE تغییرات دمایی سریعی را تجربه می‌کند که از توانایی پلیمر برای سازگاری با کرنش حاصل فراتر می‌رود. ترک ها به این دلیل ایجاد می شوند که سطح سریعتر از مواد زیرین منبسط یا منقبض می شود. با گذشت زمان، استرس چرخه ای باعث ترک خوردن خستگی می شود.
دوچرخه سواری پمپ چگونه شوک حرارتی ایجاد می کند
هنگامی که پمپ سیرکولاسیون کار می کند، سرعت سیال در سطح بخاری زیاد است. لایه مرزی نازک است و انتقال حرارت کارآمد است. دمای سطح غلاف در محدوده 10-15 درجه سیال حجیم باقی می ماند.
هنگامی که پمپ متوقف می شود، سرعت سیال در سطح بخاری به نزدیک صفر کاهش می یابد. لایه مرزی ضخیم می شود و راندمان انتقال حرارت از بین می رود. دمای سطح غلاف گاهی 20 تا 30 درجه در عرض چند دقیقه افزایش می یابد. انبساط حرارتی PTFE افزایش می یابد.
هنگامی که پمپ دوباره راه اندازی می شود، جریان با سرعت بالا به سرعت سطح را خنک می کند. قراردادهای PTFE فلز زیرین که به سرعت سرد نشده است، انقباض را محدود می کند. PTFE تنش کششی را تجربه می کند. چرخه های مکرر گرمایش و سرمایش باعث ترک خوردن خستگی می شود.
| دوره چرخه پمپ | سطح ΔT در طول چرخه خاموش | سطح ΔT در طول چرخه روشن | دامنه استرس | زمان برای کرک کردن |
|---|---|---|---|---|
| 30 دقیقه روشن/خاموش | 15-20 درجه | 10-15 درجه | متوسط | 18-30 ماه |
| 15 دقیقه روشن/خاموش | 20-30 درجه | 15-20 درجه | بالا | 8-16 ماه |
| 10 دقیقه روشن/خاموش | 25-35 درجه | 18-25 درجه | خیلی بالا | 4-10 ماه |
| 5 دقیقه روشن/خاموش | 30-45 درجه | 20-30 درجه | شدید | 2-6 ماه |
فرکانس چرخش پمپ و تأثیر آن بر ترک خوردگی شوک حرارتی
چرا ترک ها در نزدیکی ورودی متمرکز می شوند؟
ترک‌ها در جایی ایجاد می‌شوند که شوک حرارتی شدیدتر است-در ناحیه‌ای که رو به ورودی گردش مجدد است. هنگامی که پمپ دوباره راه اندازی می شود، جریان ورودی مستقیماً به آن ناحیه برخورد می کند. سطح آنجا سریعتر از بقیه بخاری خنک می شود. گرادیان حرارتی بین ناحیه برخورد شده و سطح اطراف، بیشترین تنش را ایجاد می کند.
ترک‌های بخاری شکست خورده در نواری به عرض تقریباً 150 میلی‌متر متمرکز شده‌اند که در مسیر جریان ورودی متمرکز شده‌اند. بقیه بخاری فقط تغییر رنگ جزئی سطح را نشان داد.
تفاوت بین شوک حرارتی و خستگی حرارتی
شوک حرارتی و خستگی حرارتی مرتبط اما متمایز هستند. خستگی حرارتی زمانی اتفاق می‌افتد که بخاری بین دو دما در یک دوره طولانی چرخه کند. تغییر دما در هر چرخه متوسط است و تنش کم است. ترک ها به آرامی و اغلب در طول سال ها ایجاد می شوند.
شوک حرارتی زمانی رخ می دهد که تغییر دما در هر سیکل زیاد و سریع باشد. استرس زیاد است و ترک ها به سرعت ایجاد می شوند. ترک ها اغلب شدیدتر و پراکنده تر از خستگی حرارتی هستند.
جلوگیری از ترک خوردگی شوک حرارتی
موثرترین پیشگیری جلوگیری از تغییرات سریع جریان در سطح بخاری است. پمپ با کار مداوم سیکل شوک حرارتی را حذف می کند. در صورت نیاز به صرفه جویی در انرژی، پمپ سرعت متغیر-که حداقل جریان را حفظ کند بهتر از پمپ روشن/خاموش است.
اگر چرخه پمپ اجتناب ناپذیر است، دوره چرخه باید به اندازه کافی طولانی باشد تا دمای سطح بخاری بین چرخه ها تثبیت شود. یک چرخه 30 دقیقه ای استرس کمتری نسبت به یک چرخه 10 دقیقه ای ایجاد می کند. حداقل دوره چرخه به جرم حرارتی بخاری و مخزن بستگی دارد.
بخاری با غلاف PTFE ضخیم تر و چگالی وات کمتر، جرم حرارتی بیشتری دارد و دمای سطح پایین تری دارد. به تغییرات جریان کندتر پاسخ می دهد و استرس شوک حرارتی کمتری را تجربه می کند.
| اقدام پیشگیری | تاثیر بر شوک حرارتی | پیاده سازی | هزینه |
|---|---|---|---|
| عملکرد مداوم پمپ | چرخه شوک را از بین می برد | تغییر عملیاتی | هزینه انرژی |
| پمپ سرعت متغیر- | حداقل جریان را حفظ می کند | ارتقاء پمپ | متوسط |
| دوره چرخه طولانی تر | دامنه استرس کمتر | تغییر را کنترل کنید | کم |
| چگالی وات کمتر | دمای سطح پایین تر | طراحی بخاری | متوسط |
| غلاف ضخیم تر | جرم حرارتی بیشتر | طراحی بخاری | متوسط |
اقدامات پیشگیری از ترک خوردگی شوک حرارتی
هنگامی که ترک شوک حرارتی نشان دهنده یک مشکل طراحی است
بخاری که با وجود عملکرد مداوم پمپ، ترک های شوک حرارتی ایجاد می کند، نشان می دهد که طراحی بخاری یا طرح مخزن در حال ایجاد تنش حرارتی موضعی است. یک پیکربندی سفارشی بخاری غوطه‌وری PTFE با چگالی وات کمتر، غلاف ضخیم‌تر، و موقعیت بهینه جریان- علت اصلی شوک حرارتی را برطرف می‌کند. فرآیند مشخصات به برنامه عملکرد پمپ، سرعت جریان در بخاری، شیمی حمام و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای تأسیسات با گردش متناوب، این رویکرد خاص{4}}کاربرد، ترک خوردگی شوک حرارتی را کاهش می‌دهد و عمر مفید بخاری را افزایش می‌دهد.
