Како предвидети преостали корисни век ПФА грејача након поновљених инцидената сувог{0}}пожара у станици за испирање?

ПФА инкапсулирани имерзиони грејачи се користе у станицама за испирање у мокрој обради полупроводника, линијама за галванизацију и процесима прецизног чишћења да би задржали температуре купатила између 60 степени и 90 степени. Пражњење резервоара, делимично пуњење и циклус преливања система су уобичајени и узрокују неправилне промене нивоа течности на овим станицама. Када је ниво течности мањи од дужине активног грејача, ПФА омотач губи своје главно хлађење и прелази у режим суве{4}}горе. Грејачи обложени ПФА немају непосредан видљиви индикатор прегревања који грејачи у металном кућишту имају када су у сувом раду тако што светле црвеном бојом. Током рада на суво, флуорополимер се загрева изнутра и температура спољашње површине расте са нормалних 90–100 степени на 250–300 степени у року од 60–120 секунди. Сваки догађај суве{14}}пожаре изазива кумулативна оштећења ПФА слоја: стрес услед топлотног ширења, молекуларног распада и стварања микроскопских шупљина. Да би се предвидео преостали корисни век након бројних инцидената, неопходно је проценити озбиљност сваког сувог{16}}пожара и применити модел акумулације заснован на кинетици Аррхениус деградације.

Суви{0}}пожари Механизми термичких оштећења
ПФА одржава свој механички интегритет до око 260 степени за краткотрајна излагања, али дуготрајна излагања изнад 260 степени покрећу три механизма деградације. Први је топлотно сечење полимерне кичме. Изнад 280 степени, везе угљеника-флуора почињу да се кидају брзином која се може детектовати, што доводи до фрагмената ниске{6}}молекуларне-тежине који дифундују из полимерне матрице. Овај поступак снижава просечну молекулску тежину ПФА и слаби његову затезну чврстоћу и истезање при прекиду. Лабораторијско термогравиметријско истраживање је показало да ПФА на 300 степени може да се испари за 0,5-1,0% своје масе сваког сата. Показано је да је отпорност материјала на ширење лома значајно смањена 10-минутном сувом-варом на 310 степени, што узрокује смањење молекулске тежине од око 5–8 %. Други корак је оксидација свих преосталих крајњих група или загађивача обраде. Иако је ПФА веома отпоран на оксидацију у поређењу са угљоводоницима, веома високе температуре које се постижу током сувог печења омогућавају амбијенталном кисеонику да реагује са нестабилним крајевима ланца да би произвео карбонил флуорид и друге врсте које катализују даље разлагање. Овај оксидациони слој се појављује као светло жута-смеђа промена боје на површини, обично у прва 2-3 циклуса суве ватре.

Трећи и структурно најштетнији пут је стварање шупљина од заосталих испарљивих материја. ПФА садржи влагу у траговима (100-500 ппм) апсорбовану из околине и мале количине заробљених производних растварача. У типичном потопљеном раду ове испарљиве материје су растворене у полимерној матрици. У сувој{10}}ватри, брзо повећање температуре узрокује да се влага претвори у пару при притисцима већим од границе течења полимера, стварајући мале сферне шупљине просечног пречника од 5 до 20 µм. Ове шупљине концентришу механичка напрезања током накнадног циклуса топлоте и делују као почетне локације за формирање лома. Скенирајућа електронска микроскопија ПФА омотача након три 5-минутне појаве суве ватре на 280 степени открила је концентрацију празнина од 100–300 шупљина по квадратном милиметру у унутрашњој трећини дебљине зида, најближе металном језгру за грејање. Свако слободно место умањује ефективни попречни пресек носивости и такође функционише као подизач напрезања. Како се густина шупљина повећава изнад отприлике 500 шупљина/мм2, век трајања материјала током термичког циклуса опада са 10.000 циклуса на мање од 500 циклуса.

Квантификација штете за сваки инцидент са сувим{0}}пожаром
Не изазивају сви суви{0}}пожари исту девастацију. Брзина пропадања је диктирана максималном постигнутом температуром омотача и временом проведеним изнад критичних прагова. У случају стандардног ПФА-инкапсулираног грејача који ради на 5 В/цм² у воденом купатилу од 80 степени, температура омотача расте према предвидљивој кривој када се уклони из течности. У првих 30 секунди рада на суво спољна површина се подиже са 80 степени на 180 степени. Температура се повећава са 180 степени на 260 степени од 30 до 90 секунди. После 90 секунди температура се приближава опсегу топљења ПФА (305–315 степени) и треба да се активира унутрашња заштита грејача од превисоке температуре. Сув{20}}пожар у року од 30 секунди (вршна температура<180°C) causes little permanent damage, since the PFA remains far below its thermal breakdown threshold. A 30-60 s (peak temperature 180-240°C) event results in modest annealing of residual stress but little chain scission or void formation. The destructive regime begins after 60 seconds dry operation when the surface temperature is higher than 260°C. Based on the Arrhenius model, the acceleration factor for the degradation of PFA is around 12 for every 20°C increase above 260°C. In practice, a dry-fire event at 300°C for 2 minutes results in about identical cumulative degradation as 24 minutes at 260°C.

Индекс штете од суве{0}}пожаре (ДДИ) даје практичну меру за поређење догађаја. ДДИ=т експозиција ×екп[(Т пеак -Т реф )/Т 0 ] где је Т реф =260 степен, Т 0 =18 степен (засновано на енергији активације топлотне деградације ПФА) и т изложеност је време преко 200 степени у сатима. За један догађај са Т вршним=280 степеном у трајању од 5 минута (0,083 сата), ДДИ=0.083 × екп[(20)/18]=0.083 × 3.04=0.25. Тежа појава, на 310 степени у трајању од 10 минута (0,167 сати) доводи до ДДИ=0.167 к екп [(20) к {{20} к 5} 16.0=2.67. Убрзано тестирање животног века 50 грејача у контролисаним циклусима суве-пожаре показује да је кумулативни праг ДДИ пре квара око 15–20 за конвенционални плашт од 1,5 мм ПФА у сервису станице за прање. Не постоји очигледна деградација површине при кумулативним вредностима ДДИ испод 5 и механичке карактеристике су и даље унутар 90% оригиналних вредности. Површинска промена боје се примећује између ДДИ 5 и 12, издужење при прекиду је смањено за 30-50% и почетак лома се очекује након 1.000-2.000 даљих топлотних циклуса. Ако је ДДИ изнад 15, грејач је у високоризичном стању где би било који додатни топлотни стрес, укључујући типичан циклус напајања, могао да изазове пуцање зида и цурење струје.

Методе за процену преосталог века након сувог пожара.
Најтачнија прогноза преосталог века грејача који је ложен на суво{0}}и нема документацију о инциденту је деструктивним испитивањем жртвене јединице. Пресећи ПФА омотач по ободу на три локације: у средини загрејане дужине, 5 цм од хладног краја, и на било којој локацији која показује промену боје. Посматрајте попречни- пресек при увећању од 50–100к. Избројите празнине по квадратном милиметру у унутрашњој половини дебљине зида. Густина шупљина испод 50 шупљина/мм2 указује на скромно акумулирано оштећење (ДДИ < 5). Густина од 50 до 200 шупљина/мм2 одговара умереном оштећењу (ДДИ 5–12). Густина већа од 200 шупљина/мм2 одговара великом оштећењу (ДДИ > 12). Такође, урадите тест савијања на 10 мм широкој траци материјала омотача након уклањања савијања од металног језгра од . 180 степена на ПФА, оригиналног или малог оштећења, без ломљења око трна од 5 мм. Умерено-оштећење материјала се ломи након савијања од 90–120 степени. Материјал са великим оштећењима се ломи када се савија више од 30-45 степени.

Ин-процена на лицу места може да се уради не-тестирањем на терену без разарања. Међутим, тачност теренског тестирања је мања. Користећи мегоом{4}}метар, измерите отпор електричне изолације између грејног елемента и масе на 500 В ДЦ. Отпор изолације новог ПФА грејача (сувог) је изнад 1.000 МΩ. Ово се смањује микроскопским просторима и карбонизованим продуктима разградње након оштећења од суве ватре. Очитавања између 100 и 500 МΩ сигнализирају умерено оштећење, иако се систем може безбедно користити уз додатно праћење. Ако је очитавање између 10 и 100 М? штета је велика и неуспех је неизбежан. Ако је очитавање испод 10 МΩ, грејач се мора одмах заменити јер се заштита од{18}споја уземљења можда неће поуздано активирати при таквим вредностима. Током тестирања контролисаног напајања{20}}, користите термовизир са грејачем у делимично уроњеном положају до одређеног нивоа. Упоредите температуру површине сувог{22}}печеног дела са температуром суседног дела који је био под водом у претходним догађајима. Температурна разлика већа од 15 Ц при истој улазној снази указује на мањи пренос топлоте због акумулације празнина или деградације површине. Пратите ову температурну разлику током времена, пораст од 5 степени месечно значи све већу деградацију.

Водич за процену кумулативне штете и замену
Следећа табела даје оквир за одлучивање за ПФА грејаче у станицама за испирање са забележеном или процењеном историјом сувог{0}}пожара, резултатима дијагностичких тестова и критичношћу процеса. Све препоруке се заснивају на томе да грејач нема очигледних физичких оштећења, као што су печење или пуцање.

Документована сува{0}}историја пожара или кумулативна ДДИ отпорност изолације (500 В ДЦ) Густина шупљина (празнине/мм²) Препоручена радња и очекивани преостали век трајања
Нема познатог сувог{0}}пожара или појединачне појаве<30 seconds (DDI < 1) >1,000 MΩ <20 Normal operation Life expectancy is greater than 20,000 operating hours. Special monitoring: None.
1–3 импулса од 30–90 секунди сваки (ДДИ 1–5) 500–1000 МΩ 20–50 Наставите да радите.