Як правильно вказати довжину холодної шпильки нагрівача PFA, щоб запобігти корозії конденсату на електричних клемах?

Холодні контакти нагрівача PFA — це металеві клеми, які виступають із верхньої частини холодної секції (частина нагрівача, яка не занурена) у розподільну коробку, де виконуються електричні з’єднання. Якщо довжина холодного контакту закоротка, клеми розташовані занадто близько до нагрітого PFA корпусу. Якщо клеми знаходяться нижче точки роси, волога в навколишньому повітрі конденсуватиметься на клемах. Тепло, що передається вгору холодними штифтами, зберігає їх у теплі -, але лише якщо штифти достатньо довгі, щоб створювати температурний градієнт. Оскільки довжина контакту коротка та холодна, клеми охолоджуються, що сприяє конденсації корозійних парів із резервуару (кислого туману, хлору, аміаку) на електричних з’єднаннях. Конденсовані хімічні речовини спричиняють корозію клем, що призводить до збільшення контактного опору, нагрівання та остаточного руйнування з’єднання. Для більшості промислових застосувань мінімальна довжина холодного штиря становить 70–100 мм від холодної секції PFA до кінця клеми. Для умов агресивних парів (HCl, HF, Cl2, NH3) вкажіть 120-150 мм, щоб переконатися, що термінали знаходяться вище точки роси.

Термічний градієнт холодної шпильки
Холодний штифт (зазвичай з нікельованої міді або нержавіючої сталі) виходить із внутрішнього нагрівального елемента, проходить через холодну секцію PFA і закінчується в розподільній коробці. Основа холодної шпильки (вбудована в PFA) має високу температуру, як правило, 80–120 градусів через передачу тепла від нагрівального елемента. Кінчик холодної шпильки (де приєднані дроти) має мати температуру навколишнього середовища або близько до неї, щоб захистити електричні з’єднання. Зміна температури вниз по штифту визначається рівнянням теплопровідності. Профіль температури штифта експоненціально наближається до навколишнього середовища з характерною довжиною λ=√ k × A h × P, де k – теплопровідність (≈ 400 Вт/мК для міді, 15 Вт/мК для нержавіючої сталі), A – площа поперечного -перерізу, h – втрата тепла в навколишнє повітря конвекцією (h ≈ 10-20 Вт/м2.K), а P — периметр штифта. Для мідного штиря діаметром 6 мм A=28 мм2, P=19 мм, λ ≈ √ ( 400 x 2,8e-5 ) / ( 15 x 0,019 )=√ ( 0,0112 / 0,285 )=√ 0.039=0.20 м=200 мм . Щоб штифт охолонув до температури, близької до температури навколишнього середовища, потрібна довжина близько 200 мм. Для нержавіючої сталі (k=15 Вт/м·K) λ≈ √(15×2,8e-5/15×0,019)= √(0,00042/0,285)= √0.00147=0.038 м=38 мм Менша провідність дає крутіший градієнт і нержавіюча сталь шпильки коротші. Проте нержавіюча сталь має вищий електричний опір, ніж мідь, і тому створює більший омічний нагрів у з’єднанні. Більшість обігрівачів PFA використовують мідні холодні штирі (позолочені або нікельовані) для низького електричного опору та більшої довжини.

Фактично, мідна холодна шпилька довжиною 70–100 мм (від поверхні PFA до кінчика) матиме температуру кінчика на 30–50 градусів вище температури навколишнього середовища за звичайних умов експлуатації. При температурі навколишнього середовища 30C наконечник може досягати 60-80C – у більшості ситуацій усе ще вище точки роси. При температурі навколишнього середовища 10 градусів у прохолодному середовищі кінчик може бути на 40-50 градусів, все ще вище точки роси з помірною вологістю (60-70% RH). Для жорстких параметрів парів рекомендуються довші штифти (120-150 мм). Наконечник має бути вищим за точку роси кислоти або хімічної пари, яка може бути нижче 20-40 градусів.

Рекомендована довжина холодного штифта залежно від навколишнього середовища Типова температура навколишнього середовища Склад пари Корозійна пара Точка роси Мінімальна довжина холодного штифта (мідь) Рекомендований матеріал штифта
Приміщення (диспетчерська), сухе, чисте 20-30 градусів Відсутність корозійних випарівН/Д 50 ммМідь, нікельована
Загальне промислове використання (без агресивних парів) 10–40 градусів Низька вологість, час від часу пил 15–25 градусів 70 мм Мідь, нікельоване -
Лінія покриття (кислотні тумани: HCl, H₂SO₄) Кислотні тумани, 30–80% 20–40 градусів відносної вологості 30-45 градусів (кислотна точка роси) 100 мм Мідь, позолота- (стійка до корозії)
Хлорування або відбілювання (Cl2, ClO2) 10-50 градусів C Хлор, вологий 35-55 градусів C 120 мм Нержавіюча сталь (Cu роз’їдається в Cl2) Лінія високочастотного травлення (туман фтористоводневої кислоти) 20-40 градусів C Пари HF, дуже корозійні 25-40 градусів C 100 мм Нержавіюча сталь або монель (під впливом Cu по ВЧ)
Аміак або амін Служба 10-30 градусів Пари NH3 15-25 градусів (низький) 70 мм Мідь (NH3 роз’їдає нержавіючу сталь)
На відкритому повітрі, помірний клімат -10 до 40 градусів Вологість навколишнього повітря, дощ Змінна 100 мм мідь із атмосферостійкою роз’ємною коробкою
Зовні, холодний клімат -20 до 30 градусів Навколишнє середовище Нижче 0 градусів (лід) 120 мм (з нагрівачем у розподільній коробці) Нагрівач клемного блоку для міді
Чиста камера (фармацевтична, напівпровідникова) з фільтром HEPA 20–25 градусів, суха<10°C 50–70 mm Copper, nickel plated
Мокрий, вологий, тропічний 25-35 градусів, відносна вологість 90% Висока вологість 30-33 градуси 100 мм Мідь із герметичною з’єднувальною коробкою
Наслідки короткої холодної довжини шпильки
Якщо холодні контакти закороткі (наприклад, . 30-50 мм) для навколишнього середовища, термінали працюватимуть охолодженими (30-50C при температурі навколишнього середовища 30C). Якщо температура на клемах нижча за точку роси, на клемах з повітря конденсується волога. Для температури навколишнього середовища 30 градусів і відносної вологості 80% точка роси становить 26 градусів. Термінали при 30 градусах знаходяться трохи вище точки роси. При температурі 28 градусів на клемах буде утворюватися конденсат. У лініях покриття з кислотним туманом конденсована волога поглинає HCl або H₂SO₄, утворюючи провідний розчин кислоти на клемах. Електрохімічна корозія відбувається швидко: мідні клеми стають зеленими або чорними, контактний опір зростає, а клеми нагріваються через втрати I²R. Корозійна кінцева частина може нагрітися до 100-200 градусів, розплавити ізоляцію дроту та спричинити електричну пожежу або замикання на землю. Польові дані гальванічних установок показують, що нагрівачі з холодними штифтами менше 70 мм мають кінцеву корозію на 5–10 разів більшу, ніж у нагрівачів із 100 мм штифтами. Короткі шпильки виходять з ладу через 12-24 місяці; довгі шпильки живуть 5-8 років.

Докази перевірки короткої довжини холодного штиря: зелені або білі продукти корозії на клемах, знебарвлена ​​ізоляція дроту біля з’єднання, оплавлені гайки або гофри дроту, переривчаста робота нагрівача (з’єднання нагрівається, опір збільшується, нагрівач вимикається; з’єднання охолоджується, опір падає, нагрівач вмикається).

МОВА СПЕЦИФІКАЦІЇ ЗАКУПІВЛІ
Інженери, що визначають обігрівачі PFA, повинні вказати наступні вимоги до холодної шпильки:

Мінімальна довжина холодного штиря від поверхні холодної секції PFA до кінця клеми: ___ мм (заповнюйте відповідно до навколишнього середовища: 70 мм загалом, 100 мм кислотний туман, 120 мм хлор або HF, 150 мм зовнішній холодний клімат)

Матеріал холодного контакту: мідь, нікельована (стандарт); мідь, позолочена (для кислотних туманів); нержавіюча сталь 316 (для Cl2 або HF); Монель (для HF з високим вмістом хлориду)

Діаметр холодної шпильки. Це має бути не менше 5 мм для міді, 6 мм для нержавіючої сталі (щоб зберегти міцність і термічну масу)

Холодні штирі повинні бути герметизовані в холодній секції PFA за допомогою формованого або компресійного ущільнення, щоб запобігти проникненню пари вздовж межі контактів.

Розподільна коробка повинна бути розташована так, щоб наконечники клем висотою не менше 20 мм (3/4 дюйма) над дном коробки, щоб будь-який конденсат міг відводитися від з’єднань.

Одним із можливих варіантів модернізації існуючих нагрівачів із занадто короткою довжиною холодного контакту є подовження розподільної коробки за допомогою розпірки (висотою від 50 до 100 мм, виготовленої з ПВХ, ПП або металу), яка відсуває клеми далі від теплого корпусу PFA. Розпірка збільшила ефективну довжину холодного штиря без модифікації нагрівача. Проте прокладка повинна бути герметично прикріплена до холодної частини PFA, щоб запобігти проникненню пари. Це менш надійно, ніж встановлення точної довжини з самого початку, але може продовжити термін служби на 1-2 роки в неагресивних умовах.

Висновок: Мінімум 100 мм для середовища з агресивними парами
Для типового промислового застосування вибирайте довжину холодного штиря нагрівача PFA не менше 70 мм. Для жорстких парів (кислотні тумани, хлор, HF, аміак) вказуйте довжину холодного штиря 100-120 мм. Це запобіжить утворенню конденсату на електричних з’єднаннях. Нікельовані або позолочені мідні холодні штифти мають низький електричний опір, але потребують більшої довжини (100-150 мм), щоб забезпечити необхідний градієнт температури. Штифти з нержавіючої сталі коротші (придатні 40–70 мм), але мають вищий електричний опір і необхідні для роботи Cl2 і HF, коли мідь піддається корозії. Інженери повинні узгодити довжину, матеріал і умови навколишнього середовища холодної шпильки. Додаткові витрати на довші холодні контакти (незначна гранична вартість матеріалу) невеликі порівняно з вартістю корозії клем, збою з’єднання та ймовірної небезпеки пожежі. Якщо обігрівач працює належним чином протягом 10 років, але потім через 2 роки виникне електричний збій через корозію клем, то це обігрівач неякісного класу. Має стандартну несправність холодного штифта. Перевірте довжину держ. Перевірте приймальні нагрівачі на відповідність. Холодний штифт є скромним елементом, який сильно впливає на надійність. Не просто залишайте його встановленим за замовчуванням виробником.