Яка реалістична максимальна швидкість потоку для PFA нагрівача, зануреного в суспензію скляних кульок без ерозійного зносу?

The PFA heater sheaths are a little bit abrasive to glass beads (diameter 200 µm, Mohs hardness 5–6). Sharp silica sand cuts more, round glass beads less cutting and more surface fatigue. The critical velocity for the commencement of detectable erosion (wall thinning >0,1 мм/рік) становить 3,5-4,0 м/с для стіни PFA товщиною 2 мм. Для більш тривалого терміну служби (5 років, 40 000 год) найвища можлива швидкість потоку становить 2,5–3,0 м/с, що обмежує ерозію до 0,2–0,3 мм/рік. Понад 4,5 м/с швидкість ерозії швидко зростає до 0,8-1,2 мм/рік, розмиваючи стінку до 1 мм за 1-2 роки. Суспензії скляних кульок менш ерозійні, ніж кварцевий пісок, і більш ерозійні, ніж полімерні гранули. Для швидкостей понад 3,5 м/с вкажіть більш товсту стінку PFA (3 мм) або змінну захисну втулку.

Сферичні проти кутових частинок Механізм ерозії
Концентрація напруги на поверхні PFA, викликана сферичними скляними кульками, менша, ніж концентрація кутастих частинок. Але кругла форма поширює силу впливу на ширшу область, обмежуючи кількість локального різання. Ерозія виникає від втоми. Повторні удари призводять до мікротріщин, які з’єднуються, утворюючи ямки. Швидкість ерозії пропорційна E=kv^n, де n=2.5-3.0 для сферичних частинок (проти . 3.0-3.5 для кутових). При швидкості 3 м/с скляні кульки розмиваються зі швидкістю 0,15–0,25 мм/рік, кварцевий пісок з такою ж швидкістю розмивається зі швидкістю 0,4–0,6 мм/рік. Скляні кульки в 2-3 рази менш руйнівні.

Це робить нагрівачі PFA більш придатними для використання суспензії скляних кульок (наприклад, бісерні млини з мішалкою, класифікатори з псевдозрідженим шаром), ніж для обслуговування кварцевого піску.

Швидкість ерозії та швидкість потоку (стінка 2 мм PFA, 80 градусів, 10% твердих речовин)
Швидкість потоку (м/с) Форма частинок Швидкість ерозії (мм/рік) Час до 1 мм (від 2 мм) Залишилося 5-річне розрідження (мм) Рекомендована максимальна швидкість, 5-річний термін служби
1,0 Сферичний 0.03-0.05 20-30 років 0,15-0,25 Безпечний 1,5 Сферичний 0.05-0.08 12-20 років 0,25-0,40 Безпечний 2,0 Сферичний 0.08-0.12 8-12 років 0,40-0,60 Безпечний 2,5 Сферичний 0,12-0,18 Прийняття 0,60–0.90 5–8 років
3,0 Сферичний 0.18-0.25 4-6 рр. 0,90-1,25 Граничний (зрідження на 10% за 5 років)
3,5 Сферичний 0,25–0.35 3–4 роки 1,25–1,75Не рекомендується.
4,0 Кулястий 0.35-0.50 2-3 років 1,75-2,50 No
4.5 Spherical 0.50–0.80 1.2–2 years >2.0 (перфорація) №
5,0 Сферична 0,80–1.20 0.8–1,2 рокуПерфорація Ні
Для порівняння: кремнеземний пісок (кутовий, 200 мкм) зі швидкістю 3 м/с розмивається на 0,5-0,8 мм/рік - 2-3× швидше.

Вплив концентрації твердих речовин
При постійній швидкості швидкість ерозії є по суті лінійною функцією вмісту твердих речовин (мас.%). Для 3 м/с:

Концентрація твердих речовин (мас.%) Швидкість ерозії (мм/рік) 5-річне зрідження (мм) Рекомендація
1% 0,03–0.05 0.15–0,25 Безпечно Будь-яка швидкість до 4 м/с 5 % 0.10-0.15 0.50-0.75Безпечно до 3,5 м/с.
10% 0,18–0.25 0.90–1,25 Максимум 3,0 м/с.
20% 0.30-0.45 1.50-2.25 Макс. 2.5 м/с
30% 0,45–0.65 2.25–3,25 Уникайте PFA Використовуйте металевий або замінний рукав
Практичні ідеї
Термін служби зі стінкою 2 мм PFA протягом 5 років:

Максимальна швидкість=2.5 м/с для 10% скляних кульок.

Макс. швидкість=3.0 м/сек з 5% скляних кульок

Максимальна швидкість=3.5 м/с для 2% скляних кульок

Щоб продовжити життя:

Більш товста стінка: 3 мм PFA розмивається 0,12–0,18 мм/рік при 3 м/с → 0,6–0,9 мм, витончення за 5 років → прийнятно.

Менша швидкість: зменшіть швидкість насоса або встановіть випрямлячі потоку, щоб зменшити швидкість до 2 м/с.

Орієнтація: вертикальний потік, паралельний осі нагрівача, знижує ерозію 5-10× порівняно з поперечним потоком (див. статтю №72).

Зношувана втулка: змінна PTFE втулка товщиною 1 мм встановлюється на нагрівач. Міняйте рукав кожні 2–3 роки PFA під ним залишається недоторканим.

Приклад з поля
Нагрівачі PFA зі стінкою 2 мм використовували з петлею суспензії скляних кульок (200 мкм, 15% твердих речовин, 3,2 м/с, 80 градусів). Через 18 місяців нагрівачі піддалися корозії до товщини 1 мм (швидкість витончення 0,7 мм на рік). Завод встановив рукав для зносу (2 мм товщиною PTFE, 50 кожен) поверх нагрівача PFA. Манжета зношилася через 12 місяців і була замінена. Нагрівач PFA був оригінальної товщини. Нагрівач PFA все ще працював через 5 років. 50 кожен) на нагрівачі PFA. Манжета зношилася через 12 місяців і була замінено. Нагрівач PFA був оригінальної товщини. Нагрівач PFA все ще використовувався через 5 років. Вартість рукава The250 заощадила 2000 доларів США на заміні опалення протягом 5 років.

Виявляти та контролювати
For existing slurry service, measure PFA wall thickness annually at five sites (upstream, downstream and sides) with an ultrasonic gauge. Velocity is too high if thinning is >0,2 мм/рік. Вибір:

На 20% менша швидкість (на 50-60% менша ерозія).

Прийнятий термін служби обігрівача 2 роки.

Додайте знос рукава.

Висновок. 2.5-3.0 м/с Макс. на 5 років життя з 10% скляних кульок
Найвища швидкість потоку для нагрівача PFA, зануреного в суспензію скляних кульок розміром 200 мкм (10% твердих речовин, 80 градусів), без ерозійного зносу, становить 2,5-3,0 м/с протягом 5 років служби зі стінкою 2 мм. При 3,5 м/с ерозія прискорюється, а термін служби скорочується до 3–4 років. Скляні кульки є менш ерозійними, ніж кварцевий пісок (у 2-3 рази нижча швидкість ерозії), хоча контроль швидкості все ще потрібен. Вкажіть більш товсті стінки (3 мм) або змінні захисні втулки для більшої швидкості або подовженого терміну служби. Товстий. міра Щорічно; замінити, якщо відм. стінка Більше або дорівнює 1 мм. «Круглий» можливий для сферичних намистин, хоча вони все одно зношуються. Контрольна швидкість. Виміряти ерозію. Вчасно замінюйте. Це залежить від обігрівача.