برای یک دیوار نازک 1 میلیمتری PFA در سرویس دوغاب ساینده با سرعت 1.5 متر بر ثانیه، حداکثر اندازه مجاز ذرات برای جلوگیری از ایجاد حفره (فرسایش موضعی عمیقتر از 0.1 میلیمتر در سال) 150 تا 200 میکرومتر برای ذرات سخت (سیلیکا، آلومینا، Mohs 7-9) و ذرات 300 میکرومتر موحس 7-9 میکرومتر، پلیمر 300-4 میکرومتر است. مهره ها، Mohs 3-4). ذرات بزرگتر باعث ایجاد حفره می شوند زیرا انرژی ضربه آنها (E ∝ d³ × v²) از آستانه بحرانی برای بازده PFA فراتر می رود. یک ذره سیلیکا 300 میکرومتری با سرعت 1.5 متر بر ثانیه انرژی ضربه ای تقریباً 0.5 میکروژول تولید می کند که برای ایجاد یک دهانه ریز (5 تا 10 میکرومتر) روی سطح PFA کافی است. ضربات مکرر دهانه را به یک گودال بزرگ می کند. برای یک دیوار 1 میلی متری، گودال های عمیق تر از 0.3 میلی متر (30 درصد ضخامت) عمر را به طور قابل توجهی کاهش می دهند. برای جلوگیری از ایجاد حفره، اندازه ذرات را محدود کنید<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
انرژی ضربه و آستانه حفره
اندازه ذرات بحرانی d_crit از مدل فرسایش مشتق شده است: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3)، که در آن H_PFA سختی است (≈ 65 Shore D، ≈ 20 تورفتگی MPa). برای سیلیس (ρ=2،650 kg/m³)، v=1.5 m/s، d_crit ≈ 180 میکرومتر.
ذرات بزرگتر باعث ایجاد حفره می شوند زیرا:
انرژی جنبشی بالاتری دارند (مقیاس با d³)
آنها تورفتگی عمیق تری ایجاد می کنند (مقیاس با d)
آنها تمایل دارند در زوایای بالاتر ضربه بزنند (چرخش کمتر)
برای دیوار 1 میلی متری، عمق گودال 0.3 میلی متر ضخامت باقی مانده را به 0.7 میلی متر کاهش می دهد - هنوز قابل قبول است. اما چاله ها به عنوان متمرکز کننده استرس عمل می کنند. هنگامی که حفره شروع می شود، سرعت فرسایش به صورت محلی تسریع می شود.
محدودیت اندازه ذرات بر اساس مواد
| مواد ذرات | سختی (Mohs) | چگالی (kg/m³) | حداکثر اندازه برای دیوار 1 میلی متر (μm) در 1.5 متر بر ثانیه | عمق گودال مورد انتظار (μm/سال) | توصیه |
|---|---|---|---|---|---|
| ماسه سیلیس | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | قابل قبول |
| آلومینا | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | حاشیه ای |
| کاربید سیلیکون | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | توصیه نمی شود |
| مهره های شیشه ای | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | امن |
| سنگ آهک (CaCO3) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | امن |
| گلوله های پلیمری (HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | امن |
| ریزه فلزی (فولاد) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | قابل قبول |
| خاکستر بادی | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | قابل قبول |
تأثیر سرعت بر اندازه ذرات بحرانی
| سرعت (m/s) | d بحرانی برای سیلیس (μm) | عمق گودال (μm/سال) در d=200 میکرومتر | یادداشت ها |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | ایمن (بدون سوراخ شدن) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | قابل قبول |
| 1.5 | 180 | 30–50 | حاشیه برای دیوار نازک |
| 2.0 | 120 | 80–120 | خطر بالا برای دیوار 1 میلی متر |
| 2.5 | 90 | 150–200 | غیر قابل قبول |
| 3.0 | 70 | 250–300 | شکست سریع |
راهنمای عملی برای دیوار 1 میلی متری PFA
| مورد نیاز خدمات | حداکثر اندازه ذرات | حداکثر سرعت | عمر مورد انتظار (سال) |
|---|---|---|---|
| ذرات سخت (سیلیکا، آلومینا) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| ذرات سخت | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| ذرات سخت | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| ذرات نرم (سنگ آهک، شیشه) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| هر ذره ای | N/A | <0.5 m/s | 5-10 (فرسایش ناچیز) |
مثال میدانی
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150 میکرومتر بخاری دیواری 1 میلی متری پس از آن 3 سال دوام آورد.
تشخیص حفره
سطح بخاری را با ذره بین (10-20×) بررسی کنید. گودال ها به صورت دهانه های کوچک (قطر 0.2-1 میلی متر) ظاهر می شوند. عمق گودال را با عمق سنج یا با استفاده از یک سوزن ظریف اندازه گیری کنید. اگر عمق گودال از 0.3 میلی متر بر روی دیوار 1 میلی متری بیشتر شود، ظرف 6 ماه برای تعویض برنامه ریزی کنید. اگر چندین گودال بیش از 0.5 میلی متر باشد، فورا تعویض کنید.
کاهش ذرات بزرگ
یک صفحه نمایش یا فیلتر نصب کنید upstream to remove particles >200 µm.
کاهش سرعت جریان20-30٪ (فرسایش 50-70٪ کاهش می یابد).
از دیوار ضخیم تر استفاده کنید(2-3 میلی متر) - اجازه می دهد تا گودال های عمیق تر قبل از سوراخ شدن.
از آستین پوشیدنی استفاده کنید(PTFE، 1-2 میلی متر) که می تواند جایگزین شود (به ماده 64 مراجعه کنید).
نتیجهگیری: برای دیوار 1 میلیمتری با سرعت 1.5 متر بر ثانیه، حداکثر اندازه ذرات کمتر یا برابر با 150 تا 200 میکرومتر برای سایندههای سخت
برای یک بخاری PFA با دیواره 1 میلی متری ضخامت در دوغاب ساینده با سرعت 1.5 متر بر ثانیه، حداکثر اندازه مجاز ذرات برای جلوگیری از ایجاد حفره 150-200 میکرومتر برای ذرات سخت (سیلیکا، آلومینا) و 300-400 میکرومتر برای ذرات نرم (سنگ آهک، شیشه) است. ذرات بزرگتر باعث ایجاد دهانه های برخوردی (گودال) می شوند که با گذشت زمان عمیق تر می شوند و دیواره نازک را سوراخ می کنند. اگر ذرات بزرگ را نمی توان حذف کرد، ضخامت دیواره را به 2 تا 3 میلی متر افزایش دهید، سرعت را کاهش دهید یا یک پوشش سایشی نصب کنید. دیوار 1 میلی متری ظریف است. نمی تواند ذرات بزرگ و سخت را تحمل کند. اندازه مهم است آنها را فیلتر کنید، سرعت آنها را کاهش دهید یا غلیظ کنید. عمر بخاری شما به کنترل ذرات بستگی دارد. دوغاب خود را اندازه گیری کنید، ذرات خود را بشناسید، مطابق با آن طراحی کنید. در خدمات ساینده، دیوارهای نازک خطرآفرین هستند. دیوارهای ضخیم ایمن تر هستند. عاقلانه انتخاب کن
