Dlaczego należy unikać stosowania metalowych opasek zaciskowych bezpośrednio na zimnej części grzejnika PFA w wilgotnym środowisku?

Zimna część grzejnika PFA, tj. obszar nad linią cieczy, gdzie osłona polimerowa przykrywa końcówkę elektryczną, wydaje się sprawna mechanicznie i odporna na ataki środowiska. Jednak w wilgotnych warunkach metalowe opaski zaciskowe dokręcone bezpośrednio na tym zimnym segmencie powodują przewidywaną sekwencję awarii. Zacisk wywiera miejscową siłę ściskającą na PFA, który wykazuje lepkosprężyste pełzanie w temperaturze pokojowej. PFA wypływa z zacisku w ciągu tygodni lub miesięcy, zmniejszając siłę zaciskania i tworząc niewielką szczelinę. Wilgotne powietrze dostaje się przez ten otwór i skrapla się na chłodniejszym metalowym zakończeniu wewnątrz. Wilgoć uwięziona w izolacji prowadzi do zakłóceń elektrycznych, zmniejszenia rezystancji izolacji i ostatecznie do problemów z uziemieniem. Metoda niepowodzenia jest subtelna. Nagrzewnica jest uruchamiana regularnie, aż prąd upływowy przekroczy próg zadziałania, wiele miesięcy po zamontowaniu zacisku.

Mechanika relaksacji pełzania i tworzenia szczelin
PFA ma moduł sprężystości około 600–800 MPa przy 20–40 stopniach, ale znacznie pełza pod wpływem ciągłego naprężenia ściskającego. Konwencjonalna opaska-z napędem ślimakowym dokręcona momentem obrotowym 2–3 N·m wywiera nacisk kontaktowy o wartości 5–10 MPa na powierzchnię PFA, co znacznie przekracza długoterminową-wytrzymałość polimeru na ściskanie. Pierwotne pełzanie PFA pod opaską zaciskową następuje w ciągu pierwszych 24 godzin po zamontowaniu opaski i powoduje utratę grubości od 0,1 do 0,3 mm. Późniejsze pełzanie wtórne, przebiega wolniej, przez 500 do 1000 godzin (3 do 6 tygodni), co prowadzi do całkowitego zmniejszenia grubości o 0,3 do 0,8 mm, w zależności od temperatury i wilgotności. To pełzanie nie jest odwracalne. Opaska zaciskowa jest wykonana ze stali nierdzewnej lub stali węglowej pokrytej cynkiem i nie ulega pełzaniu. Prowadzi to do utraty siły mocowania. Zacisk, który został początkowo dokręcony, aby zapewnić wodoodporność, staje się na tyle luźny, że po 2–4 miesiącach pracy w wilgotnej atmosferze może swobodnie poruszać się po osłonie z PFA.

Szczelina pod obejmą nie jest równa. Maksymalne pełzanie występuje w pobliżu krawędzi opaski zaciskowej, tworząc zwężającą się szczelinę, która działa jak knot kapilarny. Cykle termiczne (zimny obszar nagrzewa się, gdy silnik pracuje i ochładza się, gdy nie pracuje) zasysa wilgotne powietrze do tej szczeliny i osadza wilgoć. Pojedynczy 24-godzinny cykl przy wilgotności względnej 80% i temperaturze 30 stopni z włączonym grzejnikiem przez 8 godzin może wprowadzić do szczeliny 0,5–1,0 miligrama wody. W ciągu ponad 100 cykli na stykach elektrycznych w zimnym obszarze gromadzi się wilgoć. Sama osłona PFA jest nieprzepuszczalna w zimnej części (temperatury < 60 stopni), jednakże szczelina pod obejmą umożliwia bezpośrednie przejście wokół bariery polimerowej.

Śledzenie elektryczne i awaria izolacji
Śledzenie elektrochemiczne rozpoczyna się, gdy wilgoć przedostanie się przez zacisk (który może zostać uziemiony, jeśli dotknie zbiornika) do wewnętrznego metalowego zakończenia. Prąd upływowy przepływa przez warstwę wilgoci, gdy występuje przyłożone napięcie (120-480 VAC). Nawet jeśli prąd upływowy jest ciągły i wynosi 0,5 mA, prowadzi to do miejscowego nagrzewania, które powoduje zwęglenie zanieczyszczeń organicznych na powierzchni PFA. Trasy zwęglone mają niższy opór, dlatego prąd wzrasta, a proces przyspiesza. Rezystancja izolacji pomiędzy elementem grzejnym a gruntem spada z > 1000 MΩ do < 10 MΩ po upływie 200 do 500 godzin od pierwszego wniknięcia wilgoci. Przerywacz obwodu ziemnozwarciowego (GFCI) wyłącza się przy upływie 5–30 mA, odłączając zasilanie grzejnika. W obiektach niechronionych przez GFCI prąd upływowy może utrzymywać się do czasu, gdy metalowy zacisk lub końcówka ulegnie korozji do tego stopnia, że ​​spowoduje to przerwę w obwodzie lub zagrożenie pożarowe.

Problem jest najpoważniejszy w zakładach galwanicznych i zakładach przetwórstwa chemicznego, gdzie wilgotność otoczenia przekracza 70% i przeważają sole unoszące się w powietrzu lub mgły kwaśne. Mostkowanie wilgoci na końcówce metalowej przyspiesza korozję końcówki metalowej pod wpływem jonów chlorkowych z sąsiednich kąpieli galwanicznych. Sam zacisk ze stali nierdzewnej nie koroduje, ale miedziane lub niklowe końcówki w zimnym obszarze szybko korodują w obecności wilgoci zawierającej-chlorki. Badanie grzejników, które uległy uszkodzeniu w wyniku tego mechanizmu, niezmiennie wykazuje zielone produkty korozji miedzi na zakończeniu oraz biały lub brązowy osad na wewnętrznej powierzchni PFA pod położeniem zacisku.-Bezpośredni dowód przenikania wilgoci w miejscu zacisku.

Alternatywy dla metody bezpośredniego montażu za pomocą zacisków metalowych Bezpieczeństwo mechaniczne Niezawodność uszczelnienia przeciwwilgociowego Przystosowanie do wilgotnych środowisk
Zacisk metalowy prosty na PFA Umiarkowany (początkowy) Zły (pęka po pełzaniu) Nieodpowiedni
Pasek, PFA/PTEE-z wyłożeniem metalowym zaciskiem. Umiarkowane (mniejsze pełzanie) Umiarkowane (wkładka zmniejsza, ale nie eliminuje szczeliny) Marginalny; sprawdzaj co kwartał.
Zacisk (PVDF lub PFA) z tworzywa sztucznegoUmiarkowane (niskie pełzanie w przypadku PFA) Umiarkowane (tworzywo sztuczne-na-plastiku zmniejszy przesiąkanie kapilarne) Umiarkowana wilgotność
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70% wilgotności względnej
Rurka termokurczliwa na zacisku, pokryta klejem Niska (tylko uszczelka) Dobra (pierwsza) Termokurczliwość pełza, z biegiem czasu traci uszczelnienie
Osłona PFA formowana lub formowana na zakończeniach. Wysoka Doskonała (nie wymaga mechanicznego mocowania) Najlepsza w przypadku wysokiej wilgotności i zmywania
Zacisk ze stali nierdzewnej z poduszką silikonową (2 mm)Wysoka Dobra (ucisk podkładki 30-50%, absorpcja pełzania) Zalecane; zmieniaj podkładkę raz w roku
Najlepsze praktyki dotyczące instalacji w wilgotnych warunkach
Jeśli grzejnik PFA ma być umieszczony w środowisku o wilgotności większej niż 60% przez ponad 1000 godzin rocznie, specyfikacja powinna ograniczać możliwość stosowania metalowych opasek zaciskowych bezpośrednio na zimnej części grzejnika PFA. Preferowanym sposobem mocowania wsporników lub ramion nośnych jest formowany kołnierz lub złączka zaciskowa z PFA, która rozkłada obciążenie na dużej powierzchni (o szerokości co najmniej 20 mm) i wykorzystuje uszczelkę elastomerową (FKM lub EPDM), która utrzymuje ściskanie pomimo pełzania PFA. Trzy środki łagodzące zmniejszają prawdopodobieństwo awarii, jeśli zacisk jest nieunikniony. Umieść podkładkę z gumy silikonowej o grubości 1-2 mm pod całą szerokością opaski zaciskowej. Elastyczny powrót podkładki (ucisk 60–80%) kompensuje pełzanie PFA w ciągu 12–18 miesięcy. Po drugie, przed przymocowaniem podkładki nałóż niewielką warstwę smaru dielektrycznego (na bazie silikonu-) na powierzchnię PFA; smar zamyka mikroskopijne szczeliny i hamuje odprowadzanie wilgoci. Po trzecie, po dokręceniu uszczelnij krawędzie opaski zaciskowej-utwardzającym się pod wpływem wilgoci silikonem RTV, aby zapewnić dodatkową barierę przed wnikaniem wilgotnego powietrza. Żadne z tych rozwiązań nie jest tak dobre, jak zwykłe usunięcie metalowego zacisku. W przypadku nowych specyfikacji nagrzewnic należy określić integralnie formowane wsporniki montażowe lub kołnierze, które eliminują wszelkie mocowania zaciskowe w części zimnej. Koszt przyrostowy wspornika formowanego (20-50) w porównaniu z kosztem awarii uziemienia, która powoduje wyłączenie linii technologicznej na cztery godziny (20-50) w porównaniu z kosztem awarii uziemienia, która powoduje wyłączenie linii technologicznej na cztery godziny (2000-10 000).

Wniosek: Zaciski wyginają się w połączeniu z pełzaniem i wilgocią
Metalowe opaski zaciskowe stykające się z zimną częścią grzejnika PFA zawodzą w wilgotnych warunkach, gdy PFA ślizga się pod długotrwałym ściskaniem, pozostawiając szczelinę, która odprowadza wilgoć do końcówki elektrycznej. Diagnoza jest trudna, ponieważ awaria zwykle pojawia się 3-12 miesięcy po instalacji. Operator zazwyczaj wymienia grzejnik bez diagnozowania zacisku jako przyczyny źródłowej, co powoduje szereg awarii. Rozwiązaniem jest wybór-bezzaciskowego montażu z formowanymi kołnierzami, złączek zaciskowych z uszczelkami elastomerowymi lub plastikowych zacisków imitujących pełzanie PFA. Chociaż żywotność istniejącej instalacji można wydłużyć, zastępując metalowe zaciski-wyściełanymi silikonem i uszczelniając krawędzie, ryzyko nie jest wyeliminowane. W każdym miejscu, w którym wilgotność względna powietrza stale przekracza 70%, wszelkie opaski na zimnej części należy traktować jako okucie tymczasowe, które należy wymieniać co 12 miesięcy, niezależnie od jego widocznego stanu. Najlepszym rozwiązaniem-długoterminowym jest zapewnienie przez producenta grzejnika integralnie uformowanych elementów montażowych, dzięki czemu nie są potrzebne żadne zaciski instalowane na miejscu.