Niewyjaśniona liczba cząstek
W półprzewodnikowej kąpieli do procesu mokrego wyposażonej w wymiennik ciepła z PTFE występują okresowe wahania liczby cząstek. Przez kilka dni liczba cząstek pozostaje poniżej specyfikacji wynoszącej 10 cząstek/ml dla zakresu wielkości 0,1 μm. Następnie, bez żadnych zmian w chemii procesu lub przepustowości płytek, liczba cząstek gwałtownie wzrasta do 50–100 cząstek/ml przez kilka godzin, a następnie powraca do wartości wyjściowych.
Schemat powtarza się co kilka tygodni. Analiza chemiczna cząstek identyfikuje je jako organiczny fluoropolimer-PTFE. Źródło znajduje się w wannie. Wymiennik ciepła z PTFE jest jedynym zanurzonym elementem fluoropolimerowym. Ale same lampy nie wykazują widocznej degradacji, ścieńczenia ani pęknięć powierzchniowych. Źródłem cząstek nie są rurki. Jest to element wspierający.
Mechanizm degradacji składników wsparcia
Wymienniki ciepła PTFE składają się z płyt nośnych, przekładek, ściągów i elementów ramy,-wszystkie zazwyczaj wykonane z PTFE lub-PVDF o wysokiej czystości. Elementy te podlegają innym warunkom obciążenia niż rury. Podlegają one zużyciu mechanicznemu w punktach styku, zmęczeniu zginającemu spowodowanemu-wibracjami wywołanymi przepływem, a w niektórych konstrukcjach gwintowanego elementu złącznego.
Płyta nośna z PTFE, przez którą przechodzą rury, podlega mikro-ruchom w każdym punkcie styku rur. Przez dziesiątki tysięcy cykli mieszania względny ruch pomiędzy rurą a płytą nośną generuje mikroskopijne cząstki zużywające się PTFE. Cząstki te, zwykle o wielkości 0,1-10 µm, są uwalniane do kąpieli.
Uwalnianie ma charakter przerywany, ponieważ cząstki zużycia gromadzą się w szczelinach w punktach styku, aż do momentu, gdy zakłócenie przepływu-zwiększone mieszanie, gwałtowny rozruch pompy lub zmiana poziomu w zbiorniku- spowoduje wyparcie nagromadzonych cząstek w postaci partii. Uwalnianie partii powoduje wzrost liczby cząstek. Po skoku liczba cząstek powraca do wartości wyjściowych, podczas gdy gromadzą się nowe cząstki zużycia.
Tabela 1: Źródła cząstek zużywających się elementów wymiennika ciepła PTFE
| Część | Nosić mechanizm | Wzór uwalniania cząstek | Dowody wizualne | Środek zapobiegawczy |
|---|---|---|---|---|
| Złącze rurki-do-płyty nośnej | Martwienie się od wibracji | Okresowe uwalnianie partii | Wypolerowane ślady użytkowania na rurze; biały proszek w otworze podporowym | Wkładka elastomerowa lub zwiększony luz |
| Gwintowane połączenia prętów ściągających | Frezowanie przy styku gwintu | Przerywany z cyklami termicznymi | Biały proszek na nitkach | Smar do gwintów PTFE; zmniejszone napięcie wstępne |
| Połączenia narożne ramy | Zmęczenie zginające | Przerywany ze zmianami przepływu | Wybielanie stresowe stawu | Promieniowane rogi; zmniejszone ograniczenie |
| Złączki zaciskowe-rura do-rozgałęźnika | Mikro-ruch na tulei | Ciągle niski-poziom | Żadnych nie widać bez demontażu | Ponownie-dokręcić moment obrotowy; Pralka Belleville |
| Krawędzie płyty przegrodowej | Wibracje wywołane przepływem-w rurach | Okresowo z pobudzeniem | Polerowana linia styku | Promień krawędzi; zwiększony prześwit |
Metodologia śledzenia cząstek
Śledzenie sporadycznego uwalniania cząstek do określonego składnika wymaga systematycznej izolacji i pobierania próbek.
Krok pierwszy: Scharakteryzuj cząstki. Podczas wystąpienia szczytu zbieraj cząstki na membranie filtra. Analizować za pomocą FTIR lub spektroskopii Ramana, aby potwierdzić skład PTFE. Zbadaj za pomocą SEM, aby określić morfologię cząstek-cząsteczki zużycia są nieregularne, często wydłużone i mają podarte krawędzie. Cząstki degradacji termicznej są bardziej kuliste. Morfologia potwierdza mechanizm zużycia.
Krok drugi: Zidentyfikuj wyzwalacz skoku. Koreluj skoki liczby cząstek ze zdarzeniami procesowymi: uruchomieniem pompy, zmianami mieszania, cyklami temperaturowymi, zmianami poziomu w zbiorniku. Spójna korelacja identyfikuje zdarzenie mechaniczne, które powoduje wyparcie cząstek i wskazuje na element doświadczający tego konkretnego obciążenia.
Krok trzeci: Sprawdź wszystkie elementy PTFE podczas zaplanowanej konserwacji. Sprawdź otwory w płycie nośnej pod kątem wypolerowanych powierzchni ścieralnych. Sprawdź gwinty drążków kierowniczych pod kątem nagromadzenia się białego proszku. Sprawdź połączenia ramy pod kątem wybielenia naprężeniowego. Sfotografuj i udokumentuj wszystkie ustalenia.
Krok czwarty: Wyizoluj podejrzane komponenty poprzez wymianę lub modyfikację. Wymień podejrzaną płytkę podporową na nową. Jeśli skoki cząstek ustaną, składnik zostanie potwierdzony jako źródło.
Zapobiegawcze modyfikacje projektu
Otwory w płycie nośnej można wyposażyć w cienkie wkładki tulejowe z PTFE lub-elastomeru o wysokiej czystości, które pochłaniają mikro-ruchy bez wytwarzania cząstek zużycia. Materiał wkładu musi spełniać wymagania czystości kąpieli.
Połączenia gwintowe w ramie nośnej można wyeliminować na rzecz połączeń spawanych lub blokujących z PTFE. Tam, gdzie nie da się uniknąć gwintów, smar do gwintów zgodny z PTFE-zmniejsza zjawisko cierne.
Można zwiększyć sztywność ramy nośnej wymiennika w celu zmniejszenia amplitudy drgań lub dodać elementy tłumiące w punktach styku. Zmniejszenie niepodpartej rozpiętości rur zmniejsza ruch powodujący powstawanie freonu na płytach nośnych.
Streszczenie
Sporadyczne uwalnianie cząstek w kąpielach półprzewodnikowych można powiązać z degradacją elementów nośnych wymiennika ciepła z PTFE poprzez charakterystykę cząstek, korelację zdarzeń i systematyczną kontrolę. Cząsteczki zużycia powstające na stykach rur-z-podporami powodują charakterystyczne, przerywane wzorce uwalniania partii.
Środki zapobiegawcze obejmują wkładki elastomerowe w punktach styku, eliminację połączeń gwintowych i zwiększoną sztywność konstrukcyjną. Metodologia badań odróżnia zużycie elementów nośnych od degradacji rury, kierując wysiłki naprawcze we właściwe miejsce.
Wsparcie techniczne w zakresie śledzenia źródeł cząstek w instalacjach wymienników ciepła z PTFE-o wysokiej czystości jest dostępne po przesłaniu danych trendów liczby cząstek, wyników analizy cząstek, dzienników zdarzeń procesowych i specyfikacji komponentów wymiennika.
