Odločitve znanosti o materialih pri ekstremnih{0}}temperaturnih grelnikih kartuš
Pustite sporočilo
Če govorite o industrijskem ogrevanju, bi verjetno kdo omenil "nerjaveče jeklo", kot da je to ena stvar. Pravzaprav proizvajalci kartušnih grelnikov izbirajo med vrsto zlitin, od katerih je vsaka najprimernejša za določen razpon temperatur in kemičnih pogojev. Te izbire materiala odločajo o tem, ali bo grelnik ob uporabi pri -40 stopinjah zdržal leta ali se bo pokvaril v mesecih.
Za večino industrijskih uporab je nerjaveče jeklo 304 najboljši material za uporabo. Vsebuje 18 % kroma in 8 % niklja, zaradi česar je zelo odporen proti oksidaciji do 800 stopinj in ohranja robustnost pri zelo nizkih temperaturah. Avstenitna struktura ustavi prehod iz duktilnega-v-krhkega, ki se zgodi pri ogljikovih jeklih, tako da se plašč ne bo razbil, ko se zažene na hladnem ali gre skozi termični cikel. Za večino industrijskih uporab v hladnih podnebjih, kot so zunanji stroji, hladilna oprema in splošno procesno ogrevanje, je 304 optimalna mešanica zmogljivosti in stroškov.
Dodatek 2–3 % molibdena prvotni sestavi 304 naredi nerjavno jeklo 316L veliko bolj odporno na kloride in industrijske kemikalije. To je pomembno tudi v obalnih situacijah, kemični obdelavi ali uporabi v hrani, kjer lahko sol ali kisla čistila poškodujejo običajno nerjavno jeklo. »L« pomeni nizko vsebnost ogljika (manj kot 0,03 %), ki preprečuje nastajanje karbida med varjenjem, kar bi lahko sprožilo korozijo. 316L je vreden dodatnih 20–30 % stroškov, saj zdrži dlje v grelnikih kartuš, ki so izpostavljeni tako -40 stopinjam kot korozivnim okoljem.
Incoloy 800 in 840 sta najboljši možnosti za težka dela. Zlitine niklja-železa-kroma vsebujejo 30–35 % niklja, medtem ko ga ima nerjavno jeklo le 8–10 %. Zaradi tega so bolje odporni proti oksidaciji in naogljičenju pri visokih temperaturah. Kar je še bolj pomembno za uporabo v hladnem vremenu, ohranjajo svojo neverjetno mehansko trdnost in duktilnost tudi pri velikih spremembah temperature. Zaradi visoke koncentracije niklja je odporen tudi na toplotni šok, kar se zgodi, ko se grelnik vklopi in izklopi pri -40 stopinjah.
3.jpg Deli v notranjosti uporabljajo materiale, ki so prav tako specifični. Uporovna žica je običajno izdelana iz NiCr 80/20, ki je 80 % niklja in 20 % kroma. Ta material je bil izbran, ker ima dosledne lastnosti odpornosti in lahko prenese oksidacijo do 1200 stopinj. FeCrAl (železo-krom-aluminij) in druge zlitine lahko prenesejo višje najvišje temperature po nižji ceni, vendar so manj duktilne in njihova odpornost se hitreje spremeni, ko se temperatura spremeni. NiCr 80/20 je še vedno industrijski standard za dosledno delovanje pri temperaturah od -40 stopinj do +800 stopinj.
Izolacija iz magnezijevega oksida je morda videti kot običajen material, vendar so stopnje čistosti lahko zelo različne. MgO tehnične kakovosti ima primesi, ki znižujejo njegovo toplotno prevodnost in dielektrično trdnost. Visoko{2}}čist MgO specializiranih proizvajalcev, kot sta Tateho iz Japonske in UCM iz Združenega kraljestva, ima toplotno prevodnost več kot 6 W/m·K in izolacijsko upornost več kot 10¹⁴ Ω·cm pri 20 stopinjah. V sistemih z veliko vati na kvadratni palec je ta čistost zelo pomembna, saj preprečuje, da bi se toplota zataknila med žico in plaščem, ter preprečuje, da bi se električna energija zlomila.
Izolacija svinčenih žic mora izbrati prave materiale bolj kot katera koli druga vrsta izolacije. Ostati mora prožen pri -40 stopinjah in vzdržati 250 stopinj na priključni točki grelnika. Standardni PVC ne uspe v obeh primerih: postane krhek pri -10 stopinjah in se tali pri 105 stopinjah. Silikonska guma se lahko upogne pri -60 stopinjah in ostane taka pri 200 stopinjah, vendar ne prenese prask. Odgovor je, da ga zgradimo iz kompozitov, s pletenico iz steklenih vlaken za toplotno odpornost in silikonsko ali teflonsko prevleko za zaščito pred kemikalijami in vodo. Žica z jedrom iz čistega niklja z mineralno izolacijo (kabel MI) prenese temperature od -200 stopinj do +600 stopinj in je popolnoma vodotesna.
Nikelj-mangan ali zlitine čistega niklja se uporabljajo za končne zatiče in notranje povezave. Te zlitine se ujemajo z lastnostmi toplotnega raztezanja nerjavečega plašča in zagotavljajo električne kanale, ki ne rjavijo. Medeninasti ali bakreni terminali so cenejši, vendar, ko se uporabljajo z nerjavnim jeklom, tvorijo galvanske korozijske celice. Prav tako postanejo težje, ko se segrevajo in ohlajajo, kar lahko povzroči težave s povezavo.
