در عملیات معدنکاری، تصفیه خانه های فاضلاب و تاسیسات پردازش رنگدانه یا کاتالیزور، گرم کردن سیال فرآیند به ندرت کار ساده ای است. این کاربردها اغلب شامل مواد شیمیایی بسیار خورنده همراه با جامدات ساینده معلق مانند مواد معدنی، ماسه، اکسیدهای فلزی یا نمک های متبلور می شوند. در چنین محیطهایی، بخاریهای غوطهوری استاندارد میتوانند به سرعت، گاهی در عرض چند هفته از کار بیفتند. چرخه ناشی از تعویض مکرر، خرابی برنامهریزی نشده و قرار گرفتن در معرض ایمنی یک چالش عملیاتی جدی است. بنابراین انتخاب بخاری که بتواند هم از حمله شیمیایی و هم در برابر سایش فیزیکی جان سالم به در ببرد، یک تصمیم مهندسی حیاتی است.
بر خلاف سیستم هایی که به تنهایی در معرض خوردگی هستند، دوغاب های ساینده مکانیسم سایش اضافی را معرفی می کنند که تخریب مواد را تسریع می کند و بسیاری از استراتژی های حفاظتی مرسوم را شکست می دهد.
درک مکانیسمهای سایش ترکیبی{0}}
در سیالات ساینده{0}}خورنده، خرابی بخاری در اثر برهمکنش فرسایش مکانیکی و واکنش شیمیایی ایجاد میشود. ذرات معلق در امتداد سطح بخاری ضربه می خورند یا می لغزند و به طور مکانیکی لایه های محافظ یا لایه های سطحی را از بین می برند. در غلاف های فلزی، این عمل لایه های اکسید غیرفعال را که معمولاً مقاومت در برابر خوردگی ایجاد می کنند، از بین می برد. پس از قرار گرفتن در معرض، سطح فلز تازه به سرعت با مواد شیمیایی اطراف واکنش نشان می دهد، که منجر به سوراخ شدن موضعی و تسریع از دست دادن مواد می شود.
تجربه در کاربردهای ساینده نشان می دهد که این اثر هم افزایی اغلب سریعتر از خوردگی یا سایش که به طور مستقل عمل می کنند باعث آسیب می شود. حتی فلزات{1}}بالا با آلیاژ نیز میتوانند به سرعت تجزیه شوند وقتی لایههای محافظ به طور مکرر در اثر ضربه ذرات از بین میروند.
مواد مبتنی بر پلیمر{0}}با چالش متفاوتی روبرو هستند. در حالی که آنها از نظر الکتروشیمیایی خورده نمی شوند، شستشوی مکرر مکانیکی می تواند به مرور زمان سطح را فرسوده کند. انتخاب پلیمر مناسب و استفاده از آن به نحوی که برهمکنش ساینده را به حداقل برساند، برای دستیابی به عمر مفید قابل قبول ضروری است.
نقش غلاف تفلون در سیالات ساینده-خورنده
پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) که معمولاً تفلون نامیده می شود، چندین ویژگی دارد که آن را برای گرم کردن دوغاب های بسیار خورنده جذاب می کند. از نظر شیمیایی، تقریباً در برابر تمام اسیدها، قلیاها و عوامل اکسید کننده موجود در فرآیندهای صنعتی بی اثر است. این امر مسیر خوردگی الکتروشیمیایی را به طور کامل حذف می کند.
از نظر مکانیکی، PTFE برای مقاومت در برابر سایش به سطح سخت متکی نیست. درعوض، ویژگیهای-اصطکاک و نچسب کم آن، تمایل ذرات ساینده را به چسبیدن یا ساییدن به سطح کاهش میدهد. تجربه در کاربردهای ساینده نشان می دهد که احتمال لغزش ذرات بر روی سطح PTFE بیشتر از جاسازی یا خراش شدید است که سرعت سایش مکانیکی را کاهش می دهد.
این رفتار در تضاد با فلزات است، جایی که ذرات می توانند به سطح نفوذ کنند یا شخم بزنند، و با برخی از پوشش های سخت که در اثر ضربه های مکرر می ترکند یا می ریزند. در حالی که PTFE نرمتر از فلزات یا سرامیکها است، توانایی آن در ریزش ذرات و مقاومت در برابر تجمع میتواند منجر به عمر مفید طولانیتر در محیطهای فرسایشی مخلوط شود{1}}.
مقایسه با غلافهای سطح سرامیکی و سخت-
بخاریهای غلاف سرامیکی به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش گاهی اوقات برای خدمات سایشی در نظر گرفته میشوند. سرامیک ها می توانند در برابر سایش خالص عملکرد خوبی داشته باشند، اما در محیط های بسیار خورنده یا چرخه حرارتی محدودیت هایی دارند. برخی مواد شیمیایی می توانند در طول زمان به مواد سرامیکی حمله کنند و شوک حرارتی یا ضربه مکانیکی می تواند منجر به ترک خوردن شود.
هنگامی که غلاف سرامیکی آسیب می بیند، شکست اغلب ناگهانی و کامل است. در مقابل، PTFE تمایل دارد به تدریج پوشیده شود و رفتار خدمات قابل پیش بینی تری را ارائه دهد. در واقع، بهترین انتخاب به تعادل بین تهاجمی شیمیایی، سختی ذرات و شرایط مکانیکی داخل مخزن بستگی دارد.
ملاحظات طراحی عملی برای گرمایش دوغاب
انتخاب مواد به تنهایی قابلیت اطمینان در دوغاب های ساینده را تضمین نمی کند. شیوه های طراحی و نصب سیستم به شدت بر عمر بخاری تأثیر می گذارد.
قرار دادن بخاری بسیار مهم است. مناطق برخورد مستقیم-مانند نواحی نزدیک ورودی های دوغاب، نقاط تخلیه پمپ، یا تیغه های همزن{2}}هیترها را در معرض بالاترین سرعت ذرات و نیروهای ضربه قرار می دهند. قرار دادن بخاری ها در{4}}مناطق با آشفتگی پایین مخزن می تواند به میزان قابل توجهی سایش را کاهش دهد.
ضخامت غلاف متغیر مهم دیگری است. یک غلاف PTFE ضخیم تر، مواد اضافی را برای جذب سایش قبل از به خطر افتادن عنصر گرمایش فراهم می کند. در حالی که ممکن است این کار راندمان انتقال حرارت را اندکی کاهش دهد، -تعویض اغلب با عمر طولانی تر و کاهش تعمیر و نگهداری توجیه می شود.
طراحی آب بندی و فلنج سزاوار توجه ویژه است. دوغاب های ساینده در نفوذ به شکاف های کوچک بسیار موثر هستند. مهر و موم فلنج مقاوم، سازگار با هر دو شیمی و دمای عملیاتی، برای جلوگیری از نشت به محفظه های الکتریکی ضروری است. تجربه نشان می دهد که خرابی آب بندی یک علت ثانویه شایع آسیب بخاری در سیستم های دوغاب است.
پشتیبانی و حفاظت مکانیکی
در مخازن با همزن یا محتوای جامد بالا، پشتیبانی مکانیکی مجموعه بخاری به اندازه خود مواد غلاف مهم است. طول بخاری بدون پشتیبانی می تواند تحت فشار سیال ارتعاش یا منحرف شود و سایش را در نقاط خاص افزایش دهد. افزودن براکتها، محافظها یا آستینها میتواند بخاری را تثبیت کند و از ضربه مستقیم ذرات محافظت کند.
در برخی از کاربردها، چندین بخاری کمتر- که در سرتاسر مخزن توزیع میشوند، دوام بهتری نسبت به یک عنصر- پرقدرت دارند. این رویکرد تلاطم موضعی را کاهش میدهد و امکان قرارگیری انعطافپذیرتر را به دور از مناطق سایشی شدید فراهم میکند.
نتیجه گیری
حرارت دادن سیالات بسیار خورنده که حاوی مواد جامد ساینده هستند، نیازمند تعادل دقیق بین بی اثری شیمیایی و ارتجاعی مکانیکی است. در این محیطها، مکانیسمهای خرابی بهوسیله اثرات فرسایشی ترکیبی-که به سرعت بر طرحهای بخاری معمولی غلبه میکنند، هدایت میشوند. بخاریهای غلاف PTFE با از بین بردن حمله شیمیایی و کاهش شستشوی مکانیکی از طریق سطوح کم{4}}اصطکاک و نچسب آنها، راه حلی قانعکننده ارائه میدهند.
با این حال،-قابلیت اطمینان درازمدت به چیزی بیشتر از انتخاب مواد بستگی دارد. قرارگیری بخاری، ضخامت غلاف، پشتیبانی مکانیکی و آب بندی قوی، همه نقش مهمی دارند. برای مخازن با همزن، بارگیری مواد جامد بالا یا تلاطم شدید، یک مجموعه-هیتر طراحی شده سفارشی که هم چالش های شیمیایی و هم مکانیکی را برطرف می کند، اغلب بهترین نتایج را ارائه می دهد. در کاربردهای ساینده{5}}مهندسی متفکرانه مؤثرترین استراتژی برای به حداقل رساندن جایگزینی و حفظ عملکرد مداوم است.
