Galwanizernia wyciągnęła grzałkę zanurzeniową PTFE ze zbiornika do galwanizacji po dziewięciu miesiącach pracy. Na grzejniku pojawiło się poziome pęknięcie biegnące wzdłuż linii cieczy-granicy pomiędzy częścią zanurzoną i odsłoniętą. Pęknięcie przebiło PTFE i odsłoniło metalową osłonę. Zbiornik był wyposażony w łącznik pływakowy kontrolujący poziom cieczy, ale przełącznik miał strefę nieczułości wynoszącą około 40 mm, a poziom zmieniał się w górę i w dół na górze grzejnika.
Przełączniki pływakowe są powszechnymi urządzeniami do kontroli poziomu w zbiornikach do galwanizacji i procesach chemicznych. Są proste, niezawodne i niedrogie. Mają jednak martwą strefę-zakres pomiędzy poziomem-włączenia i-wyłączenia-, który umożliwia wahania poziomu cieczy. Jeśli grzejnik jest ustawiony w taki sposób, że linia cieczy mieści się w strefie nieczułości, grzejnik przechodzi pomiędzy stanem zanurzonym i odsłoniętym, a PTFE pęka wzdłuż linii cieczy.
Dlaczego linia cieczy jest strefą koncentracji naprężeń
Linia cieczy stanowi granicę pomiędzy zanurzoną i odsłoniętą częścią grzejnika. Część zanurzona jest chłodzona cieczą procesową. Odsłonięta część jest chłodzona powietrzem, które jest znacznie mniej wydajne. Różnica temperatur pomiędzy obiema porcjami może wynosić 50–100 stopni.
Część zanurzona rozszerza się mniej niż część odsłonięta. Różnicowe rozszerzanie powoduje naprężenie ścinające w linii cieczy. Naprężenia skupiają się na powierzchni PTFE, gdzie polimer jest związany z metalową osłoną. Powtarzające się cykle powodują pękanie zmęczeniowe.
| Cykl poziomu cieczy | Różnica temperatur na linii cieczy | Amplituda stresu | Czas na crack |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40–60 stopni | Niski | >36 miesięcy |
| 10–25 mm | 50–80 stopni | Umiarkowany | 18–30 miesięcy |
| 25–40 mm | 60–100 stopni | Wysoki | 8–16 miesięcy |
| 40–60 mm | 80–120 stopni | Bardzo wysoki | 4–10 miesięcy |
| >60 mm | >120 stopni | Ciężki : silny | 2–6 miesięcy |
Cykliczne zmiany poziomu cieczy i ich wpływ na pękanie PTFE na linii cieczy
Dlaczego przełączniki pływakowe tworzą cykl płynnej linii
Przełącznik pływakowy działa poprzez otwieranie lub zamykanie obwodu, gdy poziom cieczy osiągnie wartość zadaną. Przełącznik ma martwą strefę,-poziom musi spaść o określoną wartość, zanim przełącznik zamknie zawór napełniania. Strefa nieczułości wynosi zazwyczaj 20–50 mm, w zależności od konstrukcji przełącznika.
Jeśli grzejnik jest ustawiony w taki sposób, że linia cieczy mieści się w strefie nieczułości, grzejnik przechodzi pomiędzy stanem zanurzonym i odsłoniętym przy każdym cyklu napełniania. Liczba cykli zależy od szybkości parowania i wyciągania. W zbiorniku o dużym parowaniu poziom może zmieniać się kilka razy dziennie.
Dlaczego tworzy się pęknięcie na linii cieczy
Pęknięcie powstaje na linii cieczy, ponieważ tam naprężenia są największe. PTFE na linii cieczy poddawany jest pełnej różnicy temperatur pomiędzy sekcją mokrą i suchą. Naprężenie ścinające koncentruje się na metalowej powierzchni styku PTFE-.
Pęknięcie rozprzestrzenia się poziomo wzdłuż linii cieczy. Może pozostać pęknięciem powierzchniowym przez wiele miesięcy lub może przebić PTFE i odsłonić metal. Po odsłonięciu metalu rozpoczyna się korozja i awaria grzejnika.
Zapobieganie pękaniu linii cieczy
Najskuteczniejszym sposobem zapobiegania jest ustawienie grzejnika w taki sposób, aby linia cieczy znajdowała się znacznie poniżej strefy nieczułości wyłącznika pływakowego. Górna część podgrzewanej części powinna znajdować się co najmniej 75 mm poniżej minimalnego poziomu cieczy. Dzięki temu grzejnik pozostaje całkowicie zanurzony, nawet gdy poziom znajduje się w najniższym punkcie strefy nieczułości.
Blokada niskiego-poziomu zapewnia dodatkową ochronę. Blokada odcina zasilanie grzejnika, jeśli poziom spadnie poniżej bezpiecznego progu. Blokada powinna być niezależna od łącznika pływakowego i wymagać ręcznego resetu.
Grzejnik z krótszą podgrzewaną sekcją, która pozostaje znacznie poniżej normalnej linii cieczy, zapewnia margines przed wahaniami poziomu. Jeśli zbiornik jest wystarczająco głęboki, umieszczenie podgrzewanej części w dolnej połowie zbiornika pozwoli utrzymać go w zanurzeniu nawet podczas znacznych spadków poziomu.
| Środek zapobiegawczy | Wpływ na pękanie linii cieczy | Realizacja |
|---|---|---|
| Dolna pozycja grzejnika | Unika martwego pasma | Montaż grzejnika |
| Blokada niskiego-poziomu | Odcina zasilanie na niskim poziomie | Czujnik poziomu i przekaźnik |
| Krótsza część podgrzewana | Utrzymuje grzejnik w zanurzeniu | Projekt grzejnika |
| Zmniejszone martwe pasmo | Mniej poziomowa jazda na rowerze | Aktualizacja przełącznika pływakowego |
Środki zapobiegające pękaniu przewodów cieczy w zbiornikach z łącznikami pływakowymi
Kiedy pękanie linii cieczy wskazuje na problem projektowy
Grzałka pękająca na linii cieczy pomimo niskiej pozycji montażowej i blokady{0}}niskiego poziomu wskazuje, że strefa nieczułości wyłącznika pływakowego jest zbyt duża dla danego zastosowania. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z krótszą sekcją podgrzewaną, niższą pozycją montażową i blokadą niskiego-poziomu eliminuje pierwotną przyczynę pękania przewodów cieczy. Proces specyfikacji wymaga wymiarów zbiornika, strefy nieczułości wyłącznika pływakowego, normalnego i minimalnego poziomu cieczy oraz wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w kontrolę poziomu za pomocą łącznika pływakowego to specyficzne-zastosowanie podejście ogranicza pękanie przewodów cieczy i wydłuża żywotność grzejnika.
