Зашто ПФА грејач са металним језгром понекад показује артефакте „врућег прстена“ на местима унутрашње подршке жице?

Понекад, ПФА грејачи са унутрашњим металним језгром (Инцолои, титанијум или нерђајући челик) стварају артефакте „врућег прстена“-окружне траке на површини ПФА које су очигледно топлије, промењене боје или скалиране. Демонстрирано је присуство ових прстенова на местима где је унутрашња грејна жица ослоњена на керамичке одстојнике, подлошке од лискуна или металне носаче унутар језгра. На свакој тачки ослонца мења се пут топлотне проводљивости од грејне жице до спољашњег омотача. Потпорни материјал би могао имати мању топлотну проводљивост од околне изолације од магнезијум оксида (МгО), узрокујући локалну врућу тачку. Алтернативно, носач може да садржи МгО, чиме се смањује његова изолациона ефикасност. Последица је прстен повећаног топлотног флукса, који повећава температуру површине ПФА за 10–30 степени на тој аксијалној локацији. Временом, загрејани прстенови локално деградирају ПФА, узрокујући скалирање и пуцање. Артефакти су посебно изражени у грејачима са честим укључивањем/искључивањем (термички замор) и у течностима које-творе каменац.

Прекид топлотног тока на тачкама подршке
Отпорна жица у стандардном ПФА грејачу је уграђена у прах магнезијум оксида (МгО) унутар металног језгра. МгО је електрични изолатор и има добру топлотну проводљивост (≈ 2–5 В/м·К). Керамички одстојници или подлошке од лискуна у интервалима (сваких 50-200 мм) центрирају жицу и спречавају је да удари у зид језгра. Ови потпорни материјали су лошији у топлотној проводљивости од МгО за 1-2 В/м·К (керамика) или 0,2-0,5 В/м·К (лискун). Смањена топлотна проводљивост у тачки ослонца изазива уско грло: топлота из жице се креће спорије кроз носач и температура жице расте локално. Повећана температура жице повећава низводни топлотни ток и производи прстен више температуре на спољашњем омотачу. Инфрацрвене слике радних ПФА грејача показују температурне врхове на тачкама подршке које су 5-15 степени Ц изнад позадине.

У неким дизајнима тачка потпоре компресује МгО прах, смањујући његову порозност и мењајући његове термичке карактеристике. Компресија може повећати проводљивост МгО (добро). Али компресија ставља механички стрес на језгро и може изобличити ПФА омотач.

Хот Ринг потписи и откриће
Тип грејача Размак носача материјала (мм) Типични ΔТ на прстену (степени) Време видљивог артефакта до видљиве промене боје (сати на 90 степени воде)
Стандардни индустријски керамички одстојник 100 8-15 Светло жути, бледи прстен 2.000-4.000
Стандардна индустријска машина за прање лискуна 150 5–104.000–6.000 Благо видљиво
High power density (>5 В/цм 2 ) Керамика 80 15-30 Изразити тамни прстен 500-1.500
Мала густина снаге (<2.5 W/cm2) Mica 200 2–5Invisible >10,000
лоше изграђена потпора (погрешан ослонац) Керамичка в ар 20-40 Прстен, мјехури Озбиљно 100–500
Thermal equaliser (copper sleeve)Any Any 2-8 Minimal >10,000
Тврда вода (вода у великим размерама) Керамика 100 ΔТ се повећава са таложењем каменца 500–1.000 (скала се убрзава) Бели прстен на локацији скале
Зашто Хот Рингс не успе
Сам врући прстен није квар, али убрзава три механизма квара:

Локализовано стварање каменца: Каменац се првенствено таложи на загрејаном прстену у тврдој води. Слој каменца (бело, кредасто) изолује грејач и додатно повећава температуру. Прстен је бела трака скале. Скала може да буде дебљина од 1-2 мм у месецима стварајући самоодрживо жариште.

Термички замор: Подручје прстена доживљава већи стрес у сваком циклусу укључивања/искључивања од остатка грејача. Пукотине почињу да се формирају у прстену након 2.000–5.000 циклуса (насупрот . 10, 000+ циклуса на другим местима).

убрзање продирања: Повећање температуре прстена узрокује већи продор воде и киселина кроз ПФА. Ово доводи до брзе корозије металног језгра испод прстена, што доводи до прераног земљоспоја.

Типичан неисправан грејач ће имати ободну пукотину или мехур на загрејаном прстену. Остатак грејача може изгледати неоштећен што би указивало на грешку у производњи. Међутим, основни разлог је унутрашња тачка подршке.

Побољшања дизајна и ублажавања
За смањење артефаката врућег прстена:

Користите носаче лискуна уместо керамике: Лискун има мању неусклађеност у топлотној проводљивости са МгО и смањује ΔТ за 50%. Лискун је такође тањи (0,5–1 мм наспрам . 3–5 мм за керамику), што смањује аксијалну дужину сметње.

Повећајте растојање носача Повећање простора за подршку (150–200 мм у односу на 50–100 мм) смањује број прстенова по грејачу. Мање звона, мање тачака неуспеха.

Додајте термални еквилајзер: Танка бакарна или алуминијумска навлака (0,5 мм) изнад металног језгра (испод ПФА) дистрибуира топлоту у аксијалном смеру, изравнавајући температурне разлике. Рукав је 10-20% више, али уклања вруће прстенове.

Мања густина у ватима: На мање од или једнако 3 В/цм 2 имаћете мањи апсолутни температурни скок на било ком месту и врући прстенови ће бити мање изражени.

Жица увијена спирално без јасних ослонаца: Намотај жице неких грејача је самоносећи-(додирује језгро дуж своје дужине). Ови дизајни немају потпорне тачке, па тако ни вруће прстенове. Али контакт жице{3}}језгра производи даље термичке проблеме (на местима контакта могу се развити вруће тачке).

Пример поља
ПФА грејачи са керамичким носачима су коришћени у резервоару са тврдом водом (300 ппм ЦаЦО₃, 80 степени) са размаком од 75 мм. После 6 месеци грејачи су открили јасне беле прстенове на размаку од 75 мм. Вага је избрисана уклањањем каменца, али су се прстенови вратили за мање од 2 месеца. Век трајања грејача 12-18 месеци. Постројење је претворено у грејаче са носачима лискуна на размаку од 150 мм и бакарним термоеквилајзерима. Уклањање каменца је смањено са 3 месеца на 12 месеци, век трајања грејача је повећан на 5+ година и нису примећени прстенови за уклањање каменца.

Закључак: Врући прстенови су артефакти унутрашњих потпорних тачака. Артефакти „врућег прстена“ на ПФА грејачима су створени унутрашњим потпорним тачкама (керамички одстојници, подлошке лискуна) које ометају пренос топлоте са отпорне жице. Нижа топлотна проводљивост потпорног материјала доводи до локализованог врућег подручја (ΔТ=5-30 степен) што узрокује брже стварање каменца, термички замор и продирање. Врући прстенови се појављују као ободне траке промене боје или љуштења. Да бисте то ублажили, наведите носаче лискуна, повећајте размак између носача, додајте навлаку за термални еквилајзер или користите самоносећи дизајн жице. Ефекат врућег прстена је посебно лош за течности које формирају љуске. Ако видите прстенове у свом грејачу, проблем је са унутрашњим носачима. „Ре-дизајнирај или умри млађи.“ Можете бирати.