تهدید خاموش و زیرسطحی در هیترهای غوطه وری
غلاف PTFE یک بخاری غوطه وری به طور گسترده ای به عنوان یک مانع شیمیایی عالی در نظر گرفته می شود که تقریباً در برابر تمام حملات خورنده مقاوم است. با این حال، این یک دیوار کامل و غیر قابل نفوذ نیست. در طول هزاران ساعت خدمت در یک حمام آب گرم، یک دشمن ساکت و نامرئی به آرامی راه خود را در پلیمر باز می کند: بخار آب. این مولکولهای ریز و پرانرژی از طریق دیواره غلاف و به قلب خشک و عایق منطقه سرد منتشر میشوند، جایی که میتوانند متراکم شوند و حمله آهسته و پنهانی به تمامیت الکتریکی بخاری آغاز کنند. پدیده ازعایق منطقه سرد PTFE نفوذ بخار آبیکی از ظریف ترین و در عین حال پایدارترین مکانیسم های خرابی در تجهیزات گرمایش صنعتی است.
آشنایی با مکانیسم نفوذ
نحوه مهاجرت بخار آب از طریق PTFE
نفوذ یک فرآیند مولکولی سه مرحله ای- است. ابتدا مولکول های بخار آب روی سطح بیرونی غلاف PTFE جذب می شوند. سپس در نواحی آمورف ماتریس پلیمری حل می شوند. در نهایت، آنها از طریق مواد پخش می شوند و در سمت داخلی جذب می شوند. سرعت این انتقال فوقالعاده آهسته است-اغلب بر حسب میکروگرم در روز اندازهگیری میشود-اما در طول عمر عملیاتی طولانی بخاری، اثر تجمعی آن غیرقابل انکار واقعی است.
میزان نفوذ آب از طریق PTFE تابع مستقیم دو متغیر کلیدی است: دمای مایع اطراف و ضخامت دیواره غلاف. دمای بالاتر حمام انرژی جنبشی بیشتری را به مولکولهای آب منتقل میکند و سرعت انتشار آنها را در پلیمر افزایش میدهد. برعکس، یک دیوار PTFE ضخیمتر مسیر طولانیتری را فراهم میکند و به طور متناسب جرم بخاری را که در طول زمان به منطقه سرد میرسد کاهش میدهد.
تراکم در عایق اکسید منیزیم
هنگامی که بخار آب با موفقیت از سد PTFE عبور کرد، وارد منطقه سرد بخاری-بخشی میشود که زیر سطح مایع باقی میماند اما به طور فعال گرم نمیشود. در داخل این منطقه سرد، دما به طور قابل توجهی کمتر از منطقه گرم است. در نتیجه بخار آب بلافاصله بر روی سطوح داخلی خنک تر متراکم می شود و از گاز به آب مایع تبدیل می شود. سپس این رطوبت جذب شده مستقیماً با پودر عایق اکسید منیزیم (MgO) در تعامل است.
بخار آب جزر و مدی آرام و بی صدا است که از پلیمر نفوذ می کند و قلب خشک و عایق بخاری را مرطوب می کند. آب مایع، هنگامی که در MgO وجود داشته باشد، به دو روش مجزا به عایق حمله می کند:
کاهش فیزیکی مقاومت- آب به عنوان یک مسیر رسانا ضعیف عمل می کند، ناخالصی های یونی موجود در MgO را تا حدی حل می کند و جریان نشتی در سراسر منطقه سرد ایجاد می کند.
هیدراتاسیون شیمیایی پودر- آب با اکسید منیزیم واکنش داده و هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)2) را تشکیل می دهد. این واکنش هیدراتاسیون ساختار کریستالی عایق را تغییر می دهد و خواص دی الکتریک آن را بیشتر کاهش می دهد.
هر دو مکانیسم به کاهش تدریجی و اغلب غیرقابل برگشت مقاومت عایق کمک می کنند. این تخریب را می توان به طور قابل اعتماد با استفاده از یک تست استاندارد مگر اندازه گیری کرد، که یک ولتاژ DC بالا را برای تشخیص جریان های نشتی از طریق عایق آسیب دیده اعمال می کند.
عواملی که روند را تسریع می کنند
دما به عنوان محرک اصلی
نرخ ازعایق منطقه سرد PTFE نفوذ بخار آبتخریب با دمای بالاتر مایع به شدت تسریع می شود. به ازای هر 10 درجه افزایش دمای حمام، میزان نفوذ تقریباً دو برابر می شود. یک بخاری که به طور مداوم در دمای 90 درجه کار می کند ممکن است ده برابر بیشتر از یک بخاری مشابه که در دمای 60 درجه کار می کند، ده برابر بیشتر از یک بخاری که در دمای 60 درجه کار می کند، نفوذ رطوبت را تجربه کند.
تفاوت انتخاب مواد و نفوذپذیری
همه غلاف های فلوروپلیمری عملکرد یکسانی ندارند. PTFE ساختار آمورف نسبتاً باز دارد که بخار آب از طریق آن می تواند مهاجرت کند. PFA (پرفلوروآلکوکسی آلکان)، در مقابل، دارای ساختار مولکولی پرپیچ و خمتری است-زنجیرههای پلیمری بهگونهای چیده شدهاند که مسیری طولانیتر و پیچ در پیچ برای انتشار مولکولها ایجاد میکند. در نتیجه، PFA تقریباً نصف PTFE در برابر بخار آب نفوذپذیر است. برای کاربردهایی که طول عمر عایق منطقه سرد بسیار حیاتی است، یک غلاف PFA ارتقا یافته نسبت به PTFE استاندارد بهبود قابل توجهی را ارائه می دهد.
نظارت و راهبردهای کاهش
کاهش تدریجی مقاومت عایق به دلیل ورود رطوبت یک شکست غیرقابل پیش بینی نیست. از طریق آزمایش معمول مگر می توان آن را زود تشخیص داد. افت ناگهانی قرائت ها یا مقدار مداوم پایین زیر 1 مگا اهم اغلب نشان دهنده تجمع قابل توجه رطوبت در منطقه سرد است.
یک اقدام اصلاحی ثابت شده، پختن دوره ای- خارج از بخاری است. با خارج کردن بخاری از سرویس و اعمال حرارت کنترل شده (معمولاً 120 تا 150 درجه برای چند ساعت) در یک محیط خشک، رطوبت انباشته شده از طریق انتشار معکوس خارج می شود. این فرآیند می تواند مقاومت عایق را به سطوح اولیه نزدیک به- بازگرداند، مشروط بر اینکه هیدراتاسیون شیمیایی MgO خیلی پیشرفت نکرده باشد. برای نصبهای جدید، تعیین غلاف PTFE با دیواره ضخیم-بلور-یا بهتر از آن، غلاف PFA{10}}موثرترین دفاع طولانیمدت را ارائه میکند.
نتیجه گیری: یک فرآیند قابل مدیریت سالمندی
نفوذ بخار آب از طریق PTFE و متراکم شدن متعاقب آن در عایق اکسید منیزیم منطقه سرد نشان دهنده روند پیری کند، اجتناب ناپذیر، اما کاملاً قابل کنترل در یک بخاری غوطه وری است. اثرات روی مقاومت عایق را می توان به طور قابل اعتماد با آزمایش مگاهم کنترل کرد و از طریق انتخاب دقیق مواد و خشک کردن حرارتی دوره ای کاهش داد. حتی بیاثرترین سد پلیمری از نظر شیمیایی، گفتگوی ظریف و طولانیمدت-با سادهترین مولکولها-آب را حفظ میکند. تشخیص این گفتگو به مهندسان امکان می دهد تا حالت خرابی را پیش بینی، اندازه گیری و کنترل کنند که در غیر این صورت تا زمانی که خیلی دیر نشده، پنهان می ماند.
