Zakaj bi se morali izogibati uporabi kovinskih objemk za cevi neposredno na hladnem delu grelnika PFA v vlažnem okolju?

Hladni del grelnika PFA, tj. območje nad linijo tekočine, kjer polimerni ovoj prekriva električni zaključek, se zdi mehansko trdno in neprepustno za vplive okolja. Toda v vlažnih okoljih kovinske cevne objemke, zategnjene neposredno na ta hladen segment, povzročijo predvideno zaporedje napak. Objemka izvaja lokalizirano tlačno silo na PFA, ki kaže viskoelastično lezenje pri sobni temperaturi. PFA teče stran od objemke v tednih do mesecih, s čimer se zmanjša vpenjalna sila in povzroči majhna vrzel. V to odprtino vstopa vlažen zrak in kondenzira na hladnejšem kovinskem zaključku v notranjosti. Vlaga, ujeta v izolacijo, vodi do električnega sledenja, zmanjšanja izolacijskega upora in na koncu do težav z ozemljitvijo. Metoda neuspeha je subtilna. Grelec deluje redno, dokler tok uhajanja ne preseže praga sprožitve, več mesecev po namestitvi sponke.

Mehanika relaksacije lezenja in nastajanja vrzeli
PFA ima natezni modul okoli 600–800 MPa pri 20–40 stopinjah, vendar pod neprekinjeno tlačno obremenitvijo občutno leze. Običajna cevna objemka s polžastim- pogonom, zategnjena z navorom 2–3 N·m, izvaja kontaktni pritisk 5–10 MPa na površino PFA, kar znatno presega dolgoročno tlačno trdnost polimera. Primarno lezenje PFA pod trakom objemke se pojavi v prvih 24 urah po namestitvi objemke in povzroči izgubo debeline od 0,1 do 0,3 mm. Naknadno sekundarno lezenje, ki poteka počasneje, traja od 500 do 1000 ur (3 do 6 tednov), kar vodi do skupnega zmanjšanja debeline od 0,3 do 0,8 mm, odvisno od temperature in vlažnosti. To lezenje ni reverzibilno. Objemalni trak je iz nerjavečega jekla ali ogljikovega jekla, prevlečenega s cinkom, in ne bo polzel. Posledica tega je izguba vpenjalne sile. Objemka, ki je bila prvotno zategnjena, da je zagotovila vodoodporno tesnilo, postane dovolj ohlapna, da se prosto premika po plašču iz PFA po 2–4 mesecih uporabe v vlažnem okolju.

Reža pod objemko ni enakomerna. Največje lezenje se pojavi v bližini robov vpenjalnega traku, kar ustvarja zoženo režo, ki deluje kot kapilarni stenj. Toplotno kroženje (hladno območje se segreje, ko motor deluje, in ohlaja, ko ne deluje) posrka vlažen zrak v to režo in odloži vlago. En sam 24-urni cikel 80-odstotne relativne vlažnosti pri 30 stopinjah z vklopljenim grelnikom za 8 ur lahko v vrzel prinese 0,5–1,0 miligrama vode. V več kot 100 ciklih se na električnih kontaktih v hladnem območju nabere vlaga. Sam plašč iz PFA je neprepusten v hladnem delu (temperature < 60 stopinj), vendar reža pod objemko omogoča neposredno pot okoli polimerne pregrade.

Električno sledenje in razčlenitev izolacije
Elektrokemično sledenje se začne, ko vlaga prečka objemko (ki je lahko ozemljena, če se dotakne rezervoarja) do notranjega kovinskega konca. Uhajajoči tok teče skozi film vlage, ko je prisotna uporabljena napetost (120-480 VAC). Tudi če je tok uhajanja neprekinjen pri 0,5 mA, vodi do lokalnega segrevanja, ki karbonizira organska onesnaževala na površini PFA. Karbonizirane poti imajo manjši upor, zato se tok poveča in proces se pospeši. Izolacijski upor med grelnim elementom in tlemi se zmanjša z > 1000 MΩ na < 10 MΩ po 200 do 500 urah od prvega prodiranja vlage. Prekinjevalec tokokroga zaradi napake na zemlji (GFCI) se sproži pri uhajanju 5–30 mA in izklopi grelec. V objektih, ki niso zaščiteni z GFCI, lahko uhajajoči tok traja, dokler kovinska objemka ali terminal ne zarjavita do te mere, da pride do odprtega tokokroga ali nevarnosti požara.

Težava je najbolj resna v obratih za galvanizacijo in kemično obdelavo, kjer je vlažnost okolice več kot 70 % in so razširjene soli v zraku ali kisle meglice. Premostitev vlage na kovinskem zaključku pospeši korozijo kovinskega zaključka s kloridnimi ioni iz sosednjih kopeli za prevleko. Sama objemka iz nerjavečega jekla ne bo zarjavela, vendar bodo bakreni ali nikljevi terminali v hladnem območju hitro zarjaveli v prisotnosti vlage, -polne klorida. Pregled grelnikov, ki so se pokvarili zaradi tega mehanizma, vedno pokaže zelene produkte korozije bakra na koncu in belo ali rjavo usedlino na notranji površini PFA pod mestom objemke-neposreden dokaz infiltracije vlage na mestu objemke.

Alternative metodi montaže z neposredno kovinsko objemko Mehanska varnost Zanesljivost tesnila proti vlagi Primernost za vlažna okolja
Kovinska cevna objemka ravna na PFA Zmerno (začetno) Slabo (zlomi po lezenju) Ni primerno
Trak, PFA/PTEE-obložen s kovinsko objemko Zmerno (manjše lezenje) Zmerno (podloga zmanjša, vendar ne odpravi vrzeli) Obrobno; preveri četrtletno.
Objemka (PVDF ali PFA) plastika Zmerna (nizko lezenje na PFA) Zmerna (plastika-na-plastika zmanjša kapilarno odvajanje) Zmerna vlažnost
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70 % RH
Toplotno skrčljiva cev preko objemke, obložena z lepilom Nizko (samo tesnilo) Dobro (prvo) Toplotno skrčljivo leze, sčasoma izgubi tesnjenje
PFA čevelj ulit ali preliven zaključek Visoko Odlično (mehansko vpenjanje ni potrebno) Najboljše za visoko vlažnost in pranje
Objemka iz nerjavečega jekla s silikonsko blazino (2 mm) Visoko Dobro (30-50 % stiskanje blazinice, absorpcija lezenja) Priporočeno; zamenjajte blazinico letno
Najboljše prakse za namestitev v vlažnih pogojih
Če naj bo grelnik PFA več kot 1000 ur na leto v okolju z vlažnostjo nad 60 %, morajo specifikacije omejiti neposredne kovinske objemke cevi na hladnem delu grelnika PFA. Oblikovana PFA prirobnica ali kompresijski priključek, ki porazdeli obremenitev na veliko površino (najmanj 20 mm širok) in uporablja elastomerno tesnilo (FKM ali EPDM), ki ohranja stiskanje kljub lezenju PFA, je najprimernejši način pritrditve nosilcev ali podpornih ročic. Tri ublažitve zmanjšajo verjetnost okvare, če je objemka neizogibna. Pod celotno širino objemnega traku položite 1-2 mm debelo blazino iz silikonske gume. Elastična obnovitev blazinice (60–80 % stiskanje) kompenzira lezenje PFA v 12–18 mesecih. Drugič, preden pritrdite blazinico, nanesite majhno plast dielektrične masti (na osnovi -silikona) na površino PFA; mast zapira mikroskopske špranje in preprečuje odvajanje vlage. Tretjič, po zategovanju zatesnite robove traku objemke s silikonom RTV,-ki se strdi, da zagotovite sekundarno pregrado pred vdorom vlažnega zraka. Nobena od teh ublažitev ni tako dobra kot preprosto odstranjevanje kovinske objemke. Za nove specifikacije grelnika določite vgrajene montažne nosilce ali prirobnice, ki odpravljajo kakršno koli vpetje na hladnem delu. Inkrementalni strošek oblikovanega nosilca (20-50)istrivial v primerjavi s stroški okvar zemeljske napake, ki zaustavi procesni vod za štiri ure (20-50)istrivial v primerjavi s stroški okvar zemeljske napake, ki zaustavi procesni vod za štiri ure (2.000-10.000).

Zaključek: Objemke se priklonijo lezenju in vlagi skupaj
Kovinske cevne objemke v stiku s hladnim delom grelnika PFA odpovejo v vlažnih okoljih, ko PFA zdrsne pod dolgotrajnim stiskanjem in pusti režo, ki odvaja vlago do električnega zaključka. Diagnoza je težavna, saj se okvara običajno pojavi 3-12 mesecev po namestitvi. Operater bo običajno zamenjal grelec, ne da bi diagnosticiral objemko kot osnovni razlog, kar bo povzročilo vrsto okvar. Rešitev je določiti montažo brez sponk z oblikovanimi prirobnicami, kompresijskimi spojkami z elastomernimi tesnili ali plastičnimi sponkami, ki posnemajo lezenje PFA. Življenjsko dobo obstoječe namestitve je mogoče podaljšati z zamenjavo kovinskih sponk s silikonsko oblazinjenimi-objemkami in zatesnitvijo robov, vendar tveganje ni odpravljeno. Na kateri koli lokaciji, kjer je relativna vlažnost stalno nad 70 %, je treba vsako objemko na hladnem delu obravnavati kot začasno opremo, ki jo je treba zamenjati vsakih 12 mesecev, ne glede na njeno navidezno stanje. Najboljša dolgoročna-rešitev je, da izdelovalec grelnika dobavi vgrajene elemente za montažo, tako da sponke, nameščene na terenu, niso potrebne.