Jaka jest maksymalna prędkość cząstek, którą może wytrzymać osłona PFA o grubości 1,5 mm bez uszkodzeń erozyjnych?

W-wydobywaniu szlamu ściernego, produkcji pigmentów, obróbce katalizatorów-cząsteczki stałe porywane w płynie uderzają w osłonę grzejnika PFA i stopniowo powodują erozję grubości ścianki. W przypadku osłony PFA o grubości 1,5 mm (typowej dla ogólnych grzejników przemysłowych) maksymalna prędkość cząstek przed zniszczeniem erozyjnym jest funkcją twardości cząstek, rozmiaru, stężenia i kąta uderzenia. Dla piasku krzemionkowego (twardość w skali Mohsa 7, średnia średnica 200 µm, 5% wag.) maksymalna dopuszczalna prędkość wynosi 2,5–3,0 m/s przy 2-letnim okresie użytkowania (przy założeniu 8000 godzin pracy/rok). Powyżej 3,5 m/s erozja zbliża się do 0,5 mm/rok, a grubość ściany 1,5 mm zmniejszy się do mniej niż 1,0 mm w ciągu 2 lat, kiedy możliwe stanie się przenikanie i uszkodzenie mechaniczne. W przypadku twardszych cząstek (tlenek glinu, Mohs 9) maksymalna prędkość spada do 1,5–2,0 m/s. Dla bardziej miękkich cząstek (wapień Mohsa 3) dopuszczalne są prędkości do 5,0 m/s. Szybkość erozji wyraża się wzorem E=k × vn gdzie n=2.5-3.5 dla PFA.

Ograniczenia prędkości i obliczanie szybkości erozji
Szybkość erozji PFA jest określona przez E=C (v)^3,2 (d)^0,7 (H_p/H_t)^1,2 gdzie E oznacza w mm/rok, v to prędkość w m/s, d to średnica cząstek w mm, H_p to twardość cząstek w Mohsach, H_t to twardość docelowa (PFA ~2,5 Mohsa), a C to stała-zależna od stężenia. Dla piasku krzemionkowego (d=0.2 mm, H p =7) przy 2% wag. C wynosi około 0,015. Przy v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/rok. Erozja=0.68 mm w ciągu 2+ lat (16000 godzin) Od 1,5 mm, pozostała grubość=0.82 mm - na granicy niezawodnej pracy (zalecane minimum 0,8-1,0 mm). Przy v=3.0 m/s, E=0.015 x (3,0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 mm/rok, 1,20 mm w 2 lata, zaledwie 0,30 mm - nie do przyjęcia. Zatem maksymalna bezpieczna prędkość dla 2-letniego życia przy grubości ścianki 1,5 mm wynosi 2,7 m/s dla tej grupy cząstek.

C ~ 0,025 dla tlenku glinu (H_p=9, d=0.1 mm, stężenie=1%) Przy v=1.8 m/s, E=0.025 × (1,8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/rok, 0,51 mm w ciągu 2 lat, pozostawiając akceptowalne 0,99 mm -. Przy v=2.0 m/s, E=0.025 × (2,0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/rok, 0,60 mm w ciągu 2 lat, pozostawiając 0,90 mm – marginalne, ale akceptowalne. Przy v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 mm/rok, 1,13 mm w ciągu 2 lat, pozostało 0,37 mm-niedopuszczalne

Maksymalna prędkość cząstek według materiału (żywotność 2 lata, ścianka 1,5 mm)
Particle Hardness (Mohs) MaterialTypical Size (microns)Max Velocity (m/s) for 2 Year Life Erosion Rate at Maximum Velocity (mm/yr)Remaining Thickness After 2 Years (mm) Polymer pellets (HDPE, PP) 1-2 2,000-5,000 >5.0 <0.10 >1.3 Węglan wapnia (wapień) 3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
Chlorek sodu (kryształy soli) 2.5 200–500 4.0–4.5 0.20–0.25 1.00–1,10
Ruda miedzi (chalkopiryt) 3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
Ruda żelaza (hematyt) 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0,90
Piasek krzemionkowy (kwarc) 7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
Piasek krzemionkowy 7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
Kulki szklane 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00 Tlenek glinu (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1,00
Węglik krzemu (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
Cyrkon (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
Popiół lotny (mieszany) 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00
Praktyczne implikacje i łagodzenia
W przypadku istniejących instalacji należy zmierzyć lokalną prędkość przepływu przez grzejnik za pomocą rurki Pitota lub przepływomierza ultradźwiękowego. Punkt pomiarowy znajduje się w odległości 50 mm od powierzchni podgrzewacza, po stronie dopływu, ponieważ na skutek zwężenia przepływu prędkość jest 1,5–2,5× większa niż prędkość zbiornika masowego. Jeżeli zarejestrowana prędkość jest wyższa niż maksymalna dla danego rodzaju cząstek, podejmij działania naprawcze: (1) Zainstaluj deflektor- przepływu (perforowaną płytkę) 50 do 100 mm przed grzejnikiem, aby zminimalizować lokalną prędkość. Prawidłowo zbudowany deflektor może zmniejszyć prędkość na nagrzewnicy o 40-60%. (2) Zwiększyć grubość ścianki grzejnika do 2,5–3,0 mm, co zwiększa dopuszczalną prędkość o 30–50% przy takim samym naddatku na erozję. (3) Zmniejsz prędkość pompy lub użyj silnika o zmiennej częstotliwości, aby zmniejszyć prędkość cyrkulacji. (4) Zmień orientację grzejnika: Nagrzewnica pionowa z przepływem równoległym do osi grzejnika jest poddawana znacznie mniejszej erozji (5-10 razy) niż grzejnik poziomy prostopadły do ​​przepływu. W przypadku transportu gnojowicy podgrzewacze należy montować wyłącznie pionowo, a przepływ powinien przebiegać osiowo przez całą długość podgrzewacza, a nie poprzecznie.

Grubość osłon PFA o grubości 1,5 mm już poddanych działaniu ściernemu należy mierzyć co roku. Za pomocą miernika ultradźwiękowego wykonaj pomiary na trzech różnych wysokościach i w czterech różnych miejscach na obwodzie. Jeśli ścieńczenie jest większe niż 0,2 mm/rok, prędkość jest poza bezpiecznym limitem. Zaplanuj wymianę przy pozostałej grubości 1,0 mm i zastosuj kroki zmniejszające prędkość w przypadku wymiany. 1.5 mm płaszcza grzewczego o grubości poniżej 1,0 mm, co wiąże się z ryzykiem nieoczekiwanej perforacji, zanieczyszczenia kąpieli i zwarcia doziemnego.

Wniosek: Maksymalnie 2,5-3,0 m/s dla piasku krzemionkowego
2,5-3,0 m/s to maksymalna prędkość cząstek bez uszkodzeń erozyjnych dla 1,5 mm powłoki PFA w zawiesinie piasku kwarcowego (7 Mohsa, 100-200 mm, stężenie 2-5%) przez 2 lata ciągłej pracy. Erozja wynosi ponad 0,5 mm/rok przy rosnących prędkościach i po 2 latach zmniejsza grubość ścianki poniżej akceptowalnego minimum 0,8–1,0 mm. W przypadku twardszych cząstek (tlenek glinu, SiC) maksymalna prędkość spada do 1,5-2,0 m/s. Dla cząstek bardziej miękkich (wapień, sól) dopuszczalne są prędkości do 4,5 m/s. Inżynierowie muszą mierzyć prędkość lokalną, a nie natężenie przepływu objętościowego. Jeżeli wymagana prędkość procesu przekracza maksymalną dla danego rodzaju cząstek, należy określić grubszą ściankę PFA (2,5-3,0 mm) lub podjąć działania w celu zmniejszenia prędkości. Osłona o grubości 1,5 mm jest przeznaczona wyłącznie do zawiesin cząstek miękkich o małej prędkości, niskim stężeniu.. 1.5 mm nie nadaje się do transportu cząstek twardych z dużą prędkością, niezależnie od innych cech konstrukcyjnych. Ścianka o grubości 1,5 mm to najbardziej typowa grubość przemysłowa, jednak często jest to kiepski wybór w przypadku zastosowań ściernych. Określ po obliczeniu szybkości erozji. W razie wątpliwości wybierz grubszy. Erozja jest bezlitosna.