Kako pravilno določiti dolžino hladnega zatiča grelnika PFA za preprečitev korozije kondenzata na električnih sponkah?

Hladni zatiči grelnika PFA so kovinski priključki, ki štrlijo z vrha hladnega dela (del grelnika, ki ni potopljen) v razdelilno omarico, kjer so izvedene električne povezave. Če je dolžina hladnega zatiča prekratka, so priključki preblizu ogrevanega telesa PFA. Če so terminali pod rosiščem, bo vlaga v okoliškem zraku kondenzirala na terminalih. Toplota, ki se prenaša po hladnih zatičih, jih ohranja tople -, vendar le, če so zatiči dovolj dolgi, da ustvarijo toplotni gradient. Ker je dolžina nožice kratka in hladna, se terminali ohladijo, kar spodbuja kondenzacijo jedkih hlapov iz rezervoarja (kislinske meglice, klor, amoniak) na električnih povezavah. Kondenzirane kemikalije povzročajo korozijo sponk, kar vodi do povečanega kontaktnega upora, segrevanja in morebitnega zloma povezave. Za večino industrijskih aplikacij je najmanjša dolžina hladnega zatiča 70–100 mm od hladnega dela PFA do konice priključka. Za pogoje sovražnih hlapov (HCl, HF, Cl2, NH3) določite 120–150 mm, da zagotovite, da so terminali nad rosiščem.

Toplotni gradient hladnega zatiča
Hladni zatič (običajno iz ponikljanega-bakra ali nerjavečega jekla) prihaja iz notranjega grelnega elementa, gre skozi hladni del PFA in se konča v razdelilni omarici. Hladna osnova zatiča (vdelana v PFA) ima visoko temperaturo, običajno 80–120 stopinj, zaradi prenosa toplote iz grelnega elementa. Konica hladnega zatiča (kamor so pritrjene žice) mora imeti temperaturo okolice ali blizu nje, da zaščitite električne povezave. Sprememba temperature po zatiču je določena z enačbo toplotne prevodnosti. Temperaturni profil zatiča se eksponentno približuje okolju z značilno dolžino λ=√ k × A h × P, kjer je k toplotna prevodnost (≈ 400 W/mK za baker, 15 W/mK za nerjavno jeklo), A je površina prečnega-prereza, h je izguba toplote v okoliški zrak s konvekcijo (h ≈ 10-20 W/m2.K) in P je obseg zatiča. Za bakreni zatič s premerom 6 mm A=28 mm2, P=19 mm, λ ≈ √ ( 400 x 2,8e-5 ) / ( 15 x 0,019 )=√ ( 0,0112 / 0,285 )=√ 0.039=0.20 m=200 mm. Potrebuje dolžino približno 200 mm, da se zatič ohladi na temperaturo blizu okolja. Za nerjavno jeklo (k=15 W/m. K) λ≈ √(15×2,8e-5/15×0,019)= √(0,00042/0,285)= √0.00147=0.038 m=38 mm Manjša prevodnost daje strmejši gradient in nerjavno jeklo zatiči so krajši. Nerjaveče jeklo pa ima večji električni upor kot baker in bo tako ustvarilo več ohmskega segrevanja na priključku. Večina grelnikov razreda PFA uporablja bakrene hladne zatiče (pozlačene ali ponikljane) za nizek električni upor in večje dolžine.

Pravzaprav bo imel bakreni hladni zatič dolžine 70–100 mm (od površine PFA do konice) temperaturo konice 30–50 stopinj nad temperaturo okolja v običajnih pogojih delovanja. Pri temperaturi okolja 30 C lahko konica doseže 60-80C -- v večini primerov še vedno nad rosiščem. Pri 10 stopinjah okolja v hladnem okolju je lahko konica 40–50 stopinj – še vedno nad rosiščem z zmerno vlažnostjo (60–70 % RH). Za ostre nastavitve hlapov so priporočljivi daljši zatiči (120-150 mm). Konica mora biti nad rosiščem kisline ali kemičnih hlapov, ki je lahko nizko kot 20-40 stopinj.

Priporočene dolžine hladnih zatičev glede na okolje Okolje Tipična temperatura okolja Sestava hlapov Korozivna parna rosišče Najmanjša dolžina zatičev za hladno (baker) Priporočeni material zatičev
Notranja (kontrolna soba), suha, čista 20-30 stopinj Brez jedkih hlapov ni veljavno 50 mm Baker, ponikljan
Splošna uporaba v industriji (brez agresivnih hlapov) 10 do 40 stopinj Nizka vlažnost, občasen prah 15 do 25 stopinj 70 mm Baker, ponikljan{-
Linija za nanašanje (kisle meglice: HCl, H₂SO₄) Kisle meglice, 30–80 % 20–40 stopinj RH 30-45 stopinj (kisla točka rosišča) 100 mm Baker, pozlačen-(odporen proti koroziji)
Kloriranje ali beljenje (Cl2, ClO2) 10-50 stopinj C Klor, mokro 35-55 stopinj C 120 mm Nerjavno jeklo (Cu korodira v Cl2) HF jedkalna linija (fluorovodikova kislina meglica) 20-40 stopinj C HF hlapi, zelo jedko 25-40 stopinj C 100 mm Nerjaveče jeklo ali monel (okužen Cu po HF)
Storitev z amoniakom ali aminom 10-30 stopinj NH3 hlapi 15-25 stopinj (nizka) 70 mm baker (NH3 razjeda nerjaveče jeklo)
Zunanje, zmerno podnebje -10 do 40 stopinj Vlažnost okolja, dež Spremenljivo 100 mm baker s priključno omarico, odporno na vremenske vplive
Zunanje, hladno podnebje -20 do 30 stopinj Okolje Pod 0 stopinjami (led) 120 mm (z grelcem v razvodni omarici) Grelec priključnega bloka za baker
Čista komora (farmacevtska, polprevodniška) 20–25 stopinj HEPA filtrirana, suha<10°C 50–70 mm Copper, nickel plated
Mokro, vlažno, tropsko 25-35 stopinj, 90% RH Visoka vlažnost 30-33 stopinj 100 mm Baker z zaprto priključno omarico
Posledice kratke dolžine hladne igle
Če so hladni zatiči prekratki (npr. . 30-50 mm) za okolje, bodo terminali delovali ohlajeni (30–50 C pri 30 C okolja). Če je temperatura terminala nižja od rosišča, potem vlaga kondenzira iz zraka na terminalih. Za temperaturo okolja 30 stopinj in 80 % RH je rosišče 26 stopinj. Terminali pri 30 stopinjah so malo nad rosiščem. Kondenzacija se bo pojavila na terminalih pri 28 stopinjah. V linijah za galvanizacijo s kislimi meglicami kondenzirana vlaga pobere HCl ali H₂SO₄ in na sponkah ustvari prevodno kislo raztopino. Elektrokemična korozija je hitra: bakreni terminali postanejo zeleni ali črni, kontaktni upor se poveča in terminal se segreje zaradi izgub I²R. Razjeden zaključek lahko doseže temperaturo 100-200 stopinj, stopi izolacijo žice in povzroči električni požar ali ozemljitveno napako. Terenski podatki obratov za galvanizacijo razkrivajo, da imajo grelniki s hladnimi zatiči, manjšimi od 70 mm, stopnjo korozije terminalov za 5–10 več kot pri tistih s 100 mm zatiči. Kratke igle odpovejo v 12-24 mesecih; dolgi zatiči preživijo 5-8 let.

Dokazi iz pregleda kratke dolžine hladnega zatiča: zeleni ali beli produkti korozije na sponkah, razbarvana izolacija žice v bližini priključka, staljene žične matice ali zvitki, občasno delovanje grelnika (povezava se segreje, upor se poveča, grelec se izklopi; povezava se ohladi, upor pade, grelec se vklopi).

JEZIK SPECIFIKACIJE NAROČILA
Inženirji, ki določajo grelnike PFA, morajo določiti naslednje zahteve za hladno zatič:

Najmanjša dolžina hladnega zatiča od površine hladnega odseka PFA do konice priključka: ___ mm (izpolnite glede na okolje: 70 mm splošno, 100 mm kisle meglice, 120 mm klor ali HF, 150 mm zunanja hladna klima)

Material hladnega zatiča: baker, ponikljan (standard); baker, pozlačen (za kisle meglice); nerjavno jeklo 316 (za Cl2 ali HF); Monel (za HF z visokim kloridom)

Premer hladnega zatiča. Ta mora biti vsaj 5 mm za baker, 6 mm za nerjavno jeklo (za ohranitev trdnosti in toplotne mase)

Hladni zatiči morajo biti zatesnjeni v hladnem delu PFA z oblikovanim ali kompresijskim tesnilom, da se prepreči prodiranje hlapov vzdolž vmesnika zatiča.

Razvodna omarica mora biti nameščena tako, da so konice sponk vsaj 20 mm (3/4 in.) nad dnom omarice, da se omogoči odtekanje morebitnega kondenzata stran od priključkov.

Ena od možnih možnosti naknadne vgradnje obstoječih grelnikov s prekratko dolžino hladnega zatiča je podaljšanje priključne omarice z distančnikom (višine 50 do 100 mm, izdelan iz PVC, PP ali kovine), ki sponke potisne dlje od toplega telesa PFA. Distančnik je povečal efektivno dolžino hladnega zatiča brez spreminjanja grelca. Vendar mora biti distančnik zatesnjen na hladni del PFA, da se prepreči vdor hlapov. To je manj zanesljivo kot nastavitev natančne dolžine od začetka, vendar lahko podaljša življenjsko dobo za 1-2 leti v neagresivnih pogojih.

Zaključek: Najmanj 100 mm za okolja z agresivno paro
Za običajno industrijsko uporabo izberite dolžino hladnega zatiča grelnika PFA najmanj 70 mm. Za težka okolja s hlapi (kisle meglice, klor, HF, amoniak) določite dolžino hladnega zatiča 100-120 mm. To bo preprečilo nastanek kondenzne korozije na električnih povezavah. Ponikljani ali pozlačeni bakreni hladni zatiči imajo nizek električni upor, vendar zahtevajo daljše dolžine (100–150 mm), da se zagotovi zahtevani temperaturni gradient. Zatiči iz nerjavečega jekla so krajši (primerni so 40–70 mm), vendar imajo večji električni upor in so potrebni za Cl2 in HF, ko je baker korodiran. Inženirji morajo ustrezati dolžini, materialu in okoljskim pogojem hladnega zatiča. Dodaten strošek daljših hladnih zatičev (zanemarljiv mejni strošek materiala) je majhen glede na strošek korozije priključkov, okvare povezave in verjetne nevarnosti požara. Če grelnik pravilno deluje 10 let, potem pa pride po 2 letih do električne okvare zaradi korodiranih sponk, potem grelnik ni dober. Ima standardno okvaro hladnega zatiča. Preverite dolžino stanja. Preverite skladnost sprejemnih grelnikov. Hladni zatič je skromen element, ki močno vpliva na zanesljivost. Ne pustite ga samo nastavljenega na proizvajalčevo privzeto.