Linia fosforanowania cynku przeciągnęła grzałkę zanurzeniową z PTFE o mocy 5 kW już po ośmiu miesiącach pracy. Powierzchnia osłony zwrócona w stronę przedmiotów obrabianych wyglądała normalnie. Spód-strona zwrócona w stronę ściany zbiornika-była pokryta gęstą, zagęszczoną warstwą ciemnego osadu o grubości 15–20 mm. Rezystancja izolacji spadła do 18 MΩ. Szlam był mieszaniną osadu fosforanu żelaza, osadu fosforanu cynku i żwiru resztkowego, który osiadł i skonsolidował się w szczelinie pomiędzy grzejnikiem a ścianą.
Kąpiele fosforanujące wytwarzają osad w sposób ciągły. W wyniku reakcji powlekania konwersyjnego powstają nierozpuszczalne fosforany, które wytrącają się z roztworu. W zbiorniku z grzałką zanurzeniową PTFE zamontowaną na ścianie lub w jej pobliżu, szczelina pomiędzy grzałką a ścianą staje się osadnikiem. Szlam gromadzi się, konsoliduje i ostatecznie pokrywa spód grzejnika.
Dlaczego kąpiele fosforanujące wytwarzają tak dużo osadu
Reakcja fosforanowania przekształca rozpuszczone jony metali w nierozpuszczalne związki fosforanowe. Na każdy metr kwadratowy fosforanowanej powierzchni stali powstaje około 2–5 gramów osadu. Na linii-o dużej przepustowości dzienna ilość wytwarzanego osadu może sięgać kilku kilogramów.
Szlam składa się z fosforanu żelaza, fosforanu cynku i złożonych fosforanów innych metali. Jest delikatny, gęsty i łatwo się osadza. W zbiorniku o małym przepływie osad gromadzi się na powierzchniach poziomych i w strefach o małej-prędkości.
| Przepustowość linii | Powierzchnia stali fosforanowana | Codzienne wytwarzanie osadu | Miesięczna kumulacja |
|---|---|---|---|
| Niski, 100 m²/dzień | 100 m² | 0,2–0,5 kg | 6–15 kg |
| Średnie, 500 m²/dzień | 500 m² | 1,0–2,5 kg | 30–75 kg |
| Wysokie, 1000 m²/dzień | 1,000 m² | 2,0–5,0 kg | 60–150 kg |
| Bardzo wysoki, 2000 m²/dzień | 2,000 m² | 4,0–10,0 kg | 120–300 kg |
Wskaźniki wytwarzania osadu w liniach fosforanowania według wydajności
Dlaczego na spodniej stronie grzejnika zbiera się osad
Szczelina pomiędzy grzałką zanurzeniową z PTFE a ścianą zbiornika to strefa niskiego-przepływu. Grzejnik zasłania szczelinę od obiegu głównego zbiornika. Osad osadza się w szczelinie i gromadzi się, ponieważ nie ma przepływu, który mógłby go usunąć.
Szczelina zatrzymuje również ciepło. Grzejnik podgrzewa płyn w szczelinie, ale płyn nie może się wydostać. Uwięziony płyn zatrzymuje się, a osad osadza się szybciej. Połączenie niskiego przepływu i podwyższonej temperatury przyspiesza gromadzenie się osadu.
Warstwa osadu na spodniej stronie grzejnika jest odizolowana od głównego zbiornika. Ciepło wytwarzane przez grzejnik musi przejść przez warstwę osadu, zanim dotrze do ściany zbiornika i płynu. Szlam zwiększa opór cieplny, co podnosi temperaturę powierzchni osłony po obu stronach. Wyższa temperatura przyspiesza degradację PTFE i tworzenie się kamienia po stronie procesu.
Konsekwencje termiczne pokrywania osadu
Warstwa szlamu na spodniej stronie grzejnika działa jak koc izolacyjny. Temperatura powierzchni płaszcza wzrasta, ponieważ ciepło nie może uciec przez osad. Wyższa temperatura zwiększa siłę napędową dalszego osadzania się osadu i przyspiesza degradację PTFE.
W przypadku grzejnika pracującego przy 1,2 W/cm² warstwa osadu o grubości 10 mm i przewodności cieplnej 0,5 W/m·K powoduje spadek temperatury o około 24 stopnie. Temperatura powierzchni osłony wzrasta o tę wartość, co może spowodować, że PTFE wejdzie w zakres degradacji.
| Grubość osadu | Odporność termiczna | Zwiększenie ΔT powierzchni | Wpływ na życie PTFE |
|---|---|---|---|
| 0 mm | 0 | Linia bazowa | Nic |
| 5 mm | 0.01 m²·K/W | 12 stopni | Umiarkowany |
| 10 mm | 0.02 m²·K/W | 24 stopnie | Istotne |
| 15 mm | 0.03 m²·K/W | 36 stopni | Ciężki : silny |
| 20 mm | 0.04 m²·K/W | 48 stopni | Krytyczny |
Wpływ grubości osadu na temperaturę powierzchni płaszcza PTFE podczas fosforanowania
Zapobieganie gromadzeniu się osadu pod podgrzewaczami zanurzeniowymi z PTFE
Najskuteczniejszą profilaktyką jest wyeliminowanie szczeliny, w której gromadzi się osad. Grzejnik montowany równo ze ścianą zbiornika nie ma szczeliny. Grzejnik montowany na wsporniku z kontrolowaną szczeliną, który można przepłukać, ma szczelinę, ale szczelinę można wyczyścić.
Jeżeli szczeliny nie da się uniknąć, powinna być dostępna do czyszczenia. Grzejnik powinien być wyjmowany bez demontażu zbiornika, a szczelinę należy przepłukać w trakcie rutynowej konserwacji. Otwór spustowy w najniższym punkcie szczeliny umożliwia wypłukanie osadu.
Regularne czyszczenie zbiornika usuwa osad zanim ulegnie on zestaleniu. W zbiornikach do fosforanowania, w których wytwarza się dużo osadu, zbiornik może wymagać czyszczenia co 3–6 miesięcy. Na czas czyszczenia nagrzewnicę należy zdemontować, aby uzyskać dostęp do szczeliny.
| Środek zapobiegawczy | Skuteczność | Realizacja | Koszt |
|---|---|---|---|
| Montaż podtynkowy | Wysoki | Projekt grzejnika | Niski |
| Dostępna luka | Umiarkowany | Projekt montażu | Umiarkowany |
| Regularne czyszczenie zbiornika | Wysoki | Harmonogram konserwacji | Umiarkowany |
| Łapacz osadu | Umiarkowany | Projekt zbiornika | Wyższy |
Środki zapobiegające gromadzeniu się osadu pod grzałkami zanurzeniowymi z PTFE
Kiedy pokrywanie osadu wskazuje na problem projektowy
Grzejnik, który pomimo regularnego czyszczenia szybko gromadzi osad, wskazuje, że konstrukcja zbiornika umożliwia osadzanie się ciał stałych w niedostępnym miejscu. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z konstrukcją do montażu wpuszczanego-lub szczeliną-samoodpływową usuwa pierwotną przyczynę gromadzenia się osadu. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, szybkości wytwarzania osadu, konstrukcji zbiornika i wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w linie do fosforanowania to specyficzne-podejście ogranicza przegrzanie osadu-związane z osadem i wydłuża żywotność grzejnika.
