Zakaj bi lahko grelnik PFA, nameščen vodoravno, hitreje razvil lokalizirane korozijske obroče kot navpična enota?

Horizontalni grelniki PFA v galvaniziranih in kemičnih posodah vedno pridobijo lokalizirane korozijske obroče-obodne pasove razbarvanja, razpok ali lusk-pri 2–5-kratni stopnji kot pri navpičnih enotah pri enaki uporabi. Glavni razlog je razslojevanje toka in ujetost mehurčkov. V vodoravni konfiguraciji se parni mehurčki, ki nastanejo na zgornji površini, dvignejo navpično, vendar jih blokira grelec. Mehurčki se zbirajo na zgornji strani grelnika in tvorijo neprekinjeno plast pare, ki izolira PFA. To povzroči lokalni dvig temperature za 20-40 stopinj. Ta ogrevan trak pospeši kemični napad, prodiranje in nastanek vodnega kamna. V navpičnem položaju mehurčki zlahka tečejo po površini grelnika brez kopičenja, zaradi česar se celoten ovoj zmoči in ohladi. Navpična namestitev je močno priporočljiva za vse storitve z vrenjem, izločanjem plinov ali nastajanjem mehurčkov.

Mehanizmi kopičenja mehurčkov na horizontalnih grelnikih
Delovanje vodoravnih grelnikov PFA v tekočini vodi do nukleacije parnih mehurčkov na površinskih napakah zaradi toplotnega toka. Mehurčki se razširijo, sprostijo in začnejo lebdeti nad njimi. Pri navpičnem grelniku dvigajoči se mehurčki drsijo po površini in pometajo mejno plast ter povečajo prenos toplote. Mehurčki, ki se dvigajo iz spodnje polovice vodoravnega grelnika, udarijo v zgornjo polovico. Zgornji del je zbiralno območje, kjer se mehurčki združijo v večje polže. Mehurčki, ki se združujejo, tvorijo diskontinuirano plast pare, ki kadar koli pokriva 10–30 % zgornje površine. Koeficient prenosa toplote za parno plast je 50–200 W/m^2 K (v primerjavi s 1.000–5.000 W/m^2 K za tekočino), kar vodi do močnega povečanja površinske temperature PFA pod mehurčki. Običajna površinska temperatura grelnika 3 W/cm 2 v vodi pri 80 stopinjah je 95–100 stopinj. Za enak toplotni tok lahko parna odeja poveča površino na med 150 in 220 stopinj, kar je daleč znotraj območja razgradnje za PFA.

Lokaliziran vroč pas tvori obroč povečanega poslabšanja. PFA porumeni, nato porjavi in ​​nato mikro razpoke. V trdi vodi se vodni kamen prednostno izloča na vročem pasu in tvori bel obodni obroč. Vodni kamen bolj izolira, temperature se bolj zvišajo, samo-pospešuje se cikel okvar. Vertikalni grelec lahko zdrži več let brez teh obročev, horizontalni grelnik pa jih bo dobil v 3 do 12 mesecih.

Stratifikacija toka za storitev brez-vrelišča
Horizontalni grelniki, tudi če niso kuhani, so prav tako podvrženi stratifikaciji toka. Naravni konvekcijski tokovi se premikajo navzgor v navpični smeri. Grelnik je poravnan navpično s tokom, da se ustvari homogena mejna plast. Horizontalni grelec je valj, ki je pravokoten na tok navzgor. Sveža hladna tekočina je izpostavljena zgornji strani (dno). Spodnja stran (zgoraj) se kopa v že-segreti tekočini, ki je prišla od spodaj. Zgornja površina je 5–15 stopinj toplejša od spodnje površine na isti osni lokaciji. Ta razlika v temperaturi po obodu je dovolj majhna, da prepreči nastanek parnih mehurčkov, vendar dovolj visoka, da pospeši kemični napad. Zgornji del vodoravnega grelnika v 20 % HCl pri 90 stopinjah vidi efektivno temperaturo 95-100 stopinj, spodnji del pa 90 stopinj. Stopnje prepustnosti se podvojijo na vsakih 10–15 stopinj, zato vrh korodira 2–3× hitreje. Najbolje razvije prednostno redčenje in razpokanje okoli 5000 h.

Primerjalni podatki o napakah
Heater Orientation Service Condition Time to First Visible Corrosion Ring (hours) Surface Temperature Variation (°C) Failure Mode Relative Life Vertical Boiling water, 100°C, 3 W/cm2 >5.000 ±3 stopinje (aksialno) Enakomerno staranje 2,0 × Vodoravno Vrela voda, 100 stopinj, 3 W/cm2 500-1, 200 +20-40 stopinj (zgornji pas) Obodne razpoke 0,3-0,5 ×
Vertical Non-boiling 20% HCl, 90°C >8.000 ±2 stopinje Počasna permeacija 1,5× Vodoravno ne-vrelišče 20% HCl, 90 stopinj 2000–4,000 +5–15 stopinj (zgoraj) Pokanje zgornje površine 0,6–0,8×
Vertical Hard water (300 ppm), 80°C >10.000 ±3 stopinje Počasno skaliranje 2,0×
Horizontalna trda voda (300 ppm), 80 stopinj 1.500-3,000 +20–30 stopinj (obroč lestvice) Lokaliziran pas lestvice 0,3–0,5×
Navpična mešalna posoda (prisilno kroženje) ni na voljo (usmerjenost ni tako ključna) ±2 stopinji Odvisno od pretoka 1,0 × (osnovna linija)
Horizontal Agitated tank (forced flow) N/A ±3–5°C Acceptable if flow >0.5 m/s 0.9×
Ublažitev za horizontalne namestitve
Če je potrebna vodoravna montaža (plitvi rezervoarji, prostorske omejitve), trije pristopi zmanjšajo nastanek korozijskih obročev:

Increase flow velocity: Use recirculation pump or agitator to get >0,5 m/s čez grelec. Prisilni tok zavira nastajanje mehurčkov. Zgornja-spodnja temperaturna razlika 3-5 stopinj.

Obrnite grelec vsake tri mesece Označite zgornji del grelnika ob času namestitve. Zasukajte ga za 90 ali 180 stopinj vsake 3 mesece, da na vrhu izpostavite novo površino. To enakomerno porazdeli korozijo in podaljša življenjsko dobo 2-3x.

Nizka vatna gostota: Delujte pri manj kot ali enaki 2 W/cm 2 za vzdrževanje površinske temperature<95°C even with vapour patches, avoiding boiling at the interface.

Uporabite rebrasti grelec. Razširjena površina (rebra) razbije potek mehurčkov in olajša mešanje, s čimer zmanjša lokalne vroče točke.

Primer polja
Zaradi prostorskih omejitev je bil obrat za končno obdelavo kovin prisiljen uporabiti vodoravne grelnike PFA v plitvih rezervoarjih za ponikljanje (300 mm globoko). Na grelcih so se po 3 mesecih pojavili rjavi obodni pasovi, po 6-8 mesecih pa so na pasovih popokali. Naprava je bila prestavljena na vertikalne grelnike (globina rezervoarja je bila dejansko ustrezna, prejšnje prepričanje je bilo napačno). Navpični grelnik ni pritrjen, trajal je 4+ let. Preprosta obtočna črpalka je bila vključena tudi v rezervoarje, kjer navpična postavitev ni bila praktična, kar je podaljšalo življenjsko dobo vodoravnih grelnikov z 8 mesecev na 2 leti.

Zaključek: Navpična usmerjenost zmanjša korozijske obroče
Horizontalni grelniki PFA so bolj dovzetni za lokalizirane korozijske obroče zaradi nastajanja mehurčkov na zgornji površini (pri vrenju) in razslojevanja toka (pri ne-vrenju), s stopnjo 2–5× večjo kot pri navpičnih enotah. Zgornja površina je za 5-40 stopinj toplejša, kar olajša kemični napad, prodiranje in odlaganje vodnega kamna. Določite navpično usmerjenost za vsako novo namestitev. Če je potrebna vodoravna montaža, razmislite o prisilnem pretoku, vrtenju grelnika na četrt obrata, zmanjšani gostoti vatov ali oblikovanju z rebri. Vertikalni grelec je standard za dolgo življenjsko dobo. Horizontalni grelec je kompromis in zahteva aktivno blaženje. Ko je prostor, pojdi navpično. Vaš proračun za vzdrževanje vam bo hvaležen.