Koks yra saugus didžiausias PFA šildytuvo galios gradientas, kad būtų išvengta vidinio garų pūslių susidarymo?

When a PFA heater is turned on quickly – from a cold start or after a power outage – the metal core heats up more faster than the PFA sheath around it. Thermal stress results from the temperature gradient across the PFA wall. An even more insidious failure mechanism is at work when moisture is present at the PFA-metal interface. Any trace moisture (taken from humid air or infiltrated through the PFA) will flash to steam when the metal core temperature surpasses 100°C before the outer PFA has warmed. Blistering occurs when steam pressure causes localised areas of swelling in which the PFA splits from the core. The important metric is not the steady-state watt density, but the power gradient, the rate of increase of watt density (W/cm² per second). For PFA heaters without internal moisture protection, the permissible maximum power gradient is 0.5–1.0 W/cm²/sec. Steam blistering is observed in 10-50 start-up cycles at >2-3 W/cm2 per sekundę, nors pastovios būsenos vatų tankis neviršija PFA ribų. Šildytuvams su drėgmę sugeriančiu getteriu arba azoto prapūtimu saugus gradientas padidinamas iki 3-5 W/cm²/sek.

Pūslių susidarymo garais mechanizmas ir pūslių susidarymo garais pradžia
Trys drėgmės šaltiniai PFA{0}}metalinėje sąsajoje yra liekamoji drėgmė gamybos metu (sąsaja nėra visiškai sausa), vandens garų prasiskverbimas per PFA eksploatacijos metu (vanduo labai pralaidus per PFA 80-150 laipsnių kampu) ir kondensacija vėsinant-, kai šildytuvas išjungtas. Net „sausuose“ PFA šildytuvuose šalia sąsajos yra 10-100 mg drėgmės. Metalinės šerdies temperatūra greitai pakyla, kai šildytuvas įjungiamas nuo šalčio (20 laipsnių). Išorėje esantis PFA, susilietęs su vėsiu skysčiu, įkaista lėtai. Šerdyje gali būti 150–200 ° C, o netoliese esantis PFA vis dar yra žemesnis nei 100 ° C. Ant ribos vanduo užverda 100 laipsnių ir virsta garais. Sąsajos tarpas (0,1–1,0 m) negali toleruoti tokio išsiplėtimo, tačiau garo tūris yra 1600 kartų didesnis nei skysto vandens tūris esant atmosferos slėgiui. Vietinis slėgis padidėja iki 10-100 barų, o tai yra didesnis nei PFA takumo riba. Garai pripučia pūslę – vietinį PFA atskyrimą nuo šerdies. Pūslė susidaro užpildyta garais (prastas šilumos laidininkas). Pūslelės plotas įkaista, išsipučia ir galiausiai atsidaro, todėl šerdyje veikia proceso skystis ir susidaro įžeminimo gedimas.

Šerdies temperatūra kyla greičiu, kurį lemia galios gradientas dq/dt (W/cm2/sek). Esant tam tikram pastovios būsenos vatų tankiui q max , 100 oC trukmė sąsajoje yra maždaug t100=(100-T pradinė )x(tūris, savitoji šiluma)/galia. Tipiškam šildytuvo šerdiui (tankis 8 000 kg/m3, savitoji šiluma 450 J/kgK, tūris 1 m ilgio 25 mm šildytuvui ≈ 0,0005 m3, masė ≈ 4 kg, šiluminė talpa ≈ 1 800 J/K). Energija, reikalinga šerdies temperatūrai pakelti nuo 20 laipsnių iki 100 laipsnių, yra 1 800 80=144 000 J. Esant pastoviai -6 000 W (6 kW) galiai, tai užtrunka 24 sekundes, -tačiau praktiškai galios valdiklis iš karto įjungia visą galią, todėl šerdis įkaista 24 sekundes. Vidutinis galios gradientas=6000 W / (paviršiaus plotas 0,1 m2)=60000 W/m2=6 W/cm2, padalintas iš 24 sekundžių=0.25 W/cm2 per sekundę-saugus. Bet jei identiškas šildytuvas valdomas faziniu -kampo SCR, kuris visą galią įjungia per 0,1 sek., tarkime, greitas PID valdiklis su 0 % viršijimu, pradinis galios gradientas yra 60 000 W/m2 / 0,1 sek=600 000 W/m2/sek Taigi, greitai reaguojantys valdikliai gali sukelti pūslių susidarymą ant šildytuvų, kurie saugiai veikė daugelį metų su lėtesniu valdymu.

Saugios galios gradiento ribos
Šildytuvo tipas Drėgmė Sąlygos Saugus dq/dt (W/cm2 per s.) Maksimali pastovi būsena q (W/cm2) Laikas iki 100 laipsnių sąsajoje (Nuo 20 laipsnių) Rekomenduojamas valdymas
Sąsaja nuvalyta sausu azotuLabai mažai drėgmės (<1 mg) 5–10 Up to 5 <2 SecondsPhase angle, rapid PID
Standartinis naujas šildytuvas (kaip-gaminamas) Mažai drėgmės (5–20 mg) 1,5–2.5 3–4 4–8 sekundės Minkštas paleidimas, rampa
Standard, aged (>2000 val. esant drėgnam naudojimui) Vidutinė drėgmė 20–50 mg 0.8-1.5 2-3 8-15 secRamp valdymas (mažiau nei 10 sek. arba lygi iki pilnos galios)
Standard with water absorbed (bad storage)High moisture (>50 mg) 0,3–0.5 1–2 20–40 sek. Lėtas paleidimas, prieš naudojimą išdžiovinkite
Šildytuvas su drėgmės gaudykle (molekulinis sietas šaltame gale) Žemas (gautuvas sugeria drėgmę) 2–3 3–4 3–6 sekundės Minkšta-paleidimas
Šildytuvo, gartraukio arba prapūtimo jungtis Labai žemas 5-10Iki 5 < 2 sekundės Geras greitas startas
Bet koks šildytuvas, kuris yra korozijos ar pūslių. Kintamasis (pažeistas) N/AN/AN/ARPakeiskite šildytuvą. Nenaudokite pakartotinai-.
Lauko aptikimas ir prevencija
You can't see steam blistering from outside immediately. Early symptoms include increased insulation resistance leakage (100-500 MΩ vs. >1 000 MΩ) ir pertraukiamus įžeminimo gedimus paleidžiant{2}}. Kai šildytuvas yra vėsus, pūslelės gali būti jaučiamos kaip minkštos vietos arba gabalėliai ant PFA paviršiaus, kai jie plečiasi. Kai viskas pablogėja, pūslelės sprogsta ir proceso skystis paliečia šerdį, o tai sukelia staigų įžeminimo gedimą. Pradėjus-terminį vaizdą galima nustatyti pūsleles karštųjų taškų pavidalu (5–20 laipsnių karščiau nei aplinkinis apvalkalas) dėl garų, izoliuojančių PFA nuo šerdies.

Geriausias būdas sustabdyti garų pūslių susidarymą yra švelnus paleidimas arba rampos valdymas šildytuvo maitinimo šaltinyje. Programuojama rampa tiesiškai padidina galią nuo 0% iki 100% per 10{13}}30 sekundžių. Tai apriboja galios gradientą iki 0,3-1,0 W/cm 2 per sekundę (atsižvelgiant į šildytuvo dydį). Šis vangus startas leidžia PFA lėtai sušilti, išlaikant sąsajos temperatūrą žemesnę nei 100 laipsnių, kol drėgmė švelniai išgaruos, o ne mirksi garais. Esamose sistemose su greitaisiais PID valdikliais pridėkite laiko delsos relę, kuri 5 sekundes po šildymo iškvietimo palaiko valdiklio išvestį nulinėje būsenoje, tada per 15 sekundžių pakyla iki nustatytosios vertės. Minkšto paleidimo modulio kaina (50–200 USD) yra daug mažesnė nei šildytuvo pakeitimo (500–1 500 USD) ir prastovos (1 000–10 000 USD) kaina. Svarbiausioms reikmėms (puslaidininkiniai drėgnieji stendai, farmaciniai reaktoriai) nurodykite šildytuvus su drėgmės surinkėju – molekuliniu sietu, įtaisytu šaltame šildytuvo gale ir kuris sugeria drėgmę sąsajoje. Pakeiskite Getters kas 2–3 metus planinės priežiūros metu.

Garuose virtų šildytuvų negalima džiovinti. Lizdinė plokštelė visam laikui atskyrė PFA nuo šerdies, o tarpas bus užpildytas drėgme ir augs nuosekliais ciklais. Pakeiskite šildytuvą ir įdėkite minkštą{2}}paleidimo valdiklį naujam įrenginiui.

Galios efekto gradientas pūslelių vystymuisi
Galios gradientas (W/cm²·s) Laikas iki visos galios (4 W/cm² šildytuvui) Šerdies temperatūra esant PFA išorinei temperatūrai=80 laipsniai Pūslių susidarymo rizika Rekomenduojamas veiksmas 0,2 (labai vangus) 20 s 105 laipsniai Labai žemas Priimtinas visiems šildytuvams
0,5 (lėtas) 8 sek. 115 laipsnių Žemas Tinka pagrindiniams šildytuvams
1,0 (vidutinis) 4 sekundės 130 laipsnių Vidutinis Tinka tik sausiems šildytuvams
2,0 (greitai) 2 sekundės 150 laipsnių Aukšta Sausoji sąsaja arba išvalymas Reikalingas 5,0 (labai greitas) 0,8 sekundės 180 laipsnių Labai didelis Pūslių susidarymas po 10 ciklų
10 (įsijungia akimirksniu) 0,4 sekundės 220 laipsnių Beveik tikras Nenaudokite be apsaugos nuo drėgmės

Tai prilygsta nuo 0 % iki 100 % galios didėjimui per 4–10 s šildytuvo, kurio pastovus -būsenos vatų tankis yra 4 W/cm 2 . Nebrangios alternatyvos, pvz., minkšto -paleidimo valdikliai, programuojamos rampos funkcijos arba laiko pakartojimas- gali išvengti trikdžių. pastovios būsenos-našumas.