כיצד לחזות את שאר החיים השימושיים של מחמם PFA לאחר ייבוש חוזר-באירועי שריפה בתחנת שטיפה?

מחממי טבילה מכוסים PFA משמשים בתחנות שטיפה בעיבוד רטוב מוליכים למחצה, קווים אלקטרוניים ותהליכי ניקוי מדויקים כדי לשמור על טמפרטורות אמבטיה בין 60 מעלות ל-90 מעלות. ניקוז מיכל, העמסה חלקית ומחזוריות של מערכת ההצפה הם שכיחים וגורמים לשינויים לא סדירים במפלס הנוזל בתחנות אלו. כאשר מפלס הנוזל נמוך מאורך המחמם הפעיל, מעטפת ה-PFA מאבדת את הקירור העיקרי שלו ועוברת למצב אש- יבשה. לתנורי חימום מצופים PFA אין את האינדיקטור הגלוי המיידי של התחממות יתר שעשויים לתנורים העטופים ממתכת כאשר הם פועלים יבשים על ידי זוהר אדום. במהלך פעולה יבשה הפלואורופולימר מתחמם מבפנים וטמפרטורת פני השטח החיצוניים עולה מ-90-100 מעלות ל-250-300 מעלות תוך 60-120 שניות. כל אירוע שריפה יבש גורם לנזק מצטבר לשכבת ה-PFA: מתח מהתפשטות חום, פירוק מולקולרי ויצירת חללים מיקרוסקופיים. כדי לחזות את אורך החיים השימושיים שנותרו לאחר מקרים רבים, יש צורך להעריך את חומרת כל אירוע שריפה יבשה ולהחיל מודל הצטברות המבוסס על קינטיקה של פירוק Arrhenius.

מנגנוני נזק תרמי של-אירועי שריפה
PFA שומר על שלמותו המכנית עד כ-260 מעלות עבור חשיפות בזמן קצר, אך חשיפות לזמן ארוך מעל 260 מעלות מעוררות שלושה מנגנוני השפלה. הראשון הוא פיצול חום של עמוד השדרה הפולימרי. מעל 280 מעלות, קשרי הפחמן-הפלואור מתחילים להישבר בקצבים הניתנים לזיהוי, וכתוצאה מכך שברים בעלי משקל-מולקולרי- נמוך שמתפזרים החוצה מתוך מטריצת הפולימר. הליך זה מוריד את המשקל המולקולרי הממוצע של ה-PFA, ומחליש את חוזק המתיחה וההתארכות שלו בעת שבירה. מחקר תרמו-גרבימטרי במעבדה הראה ש-PFA ב-300 מעלות יכול להיות נדיף ב-0.5-1.0% מהמסה שלו בכל שעה. הוכח כי עמידות החומר בפני התפשטות שברים מופחתת באופן משמעותי על ידי שריפה יבשה של 10 דקות- ב-310 מעלות, מה שגורם לירידה במשקל המולקולרי של כ-5-8%. השלב השני הוא חמצון של כל שאריות קבוצות קצה או עיבוד מזהמים. למרות ש-PFA עמיד מאוד בפני חמצון בהשוואה לפחמימנים, הטמפרטורות הגבוהות מאוד שהושגו במהלך שריפה יבשה מאפשרות לחמצן הסביבה להגיב עם קצוות שרשרת לא יציבים כדי לייצר קרבוניל פלואוריד ומינים אחרים המזרזים פירוק נוסף. שכבת החמצון הזו מופיעה כצבע חום צהוב בהיר-על פני השטח, בדרך כלל בתוך 2-3 מחזורי האש היבשים הראשונים.

המסלול השלישי והמזיק ביותר מבחינה מבנית הוא דרך היווצרות חללים מחומרים נדיפים שיוריים. PFA מכיל עקבות לחות (100-500 ppm) שנספגה מהסביבה, וכמויות קטנות של ממיסים לייצור כלואים. בפעולה טיפוסית שקועה נדיפים אלה מומסים במטריצת הפולימר. באש יבשה, עליית הטמפרטורה המהירה גורמת ללחות להפוך לקיטור בלחצים הגבוהים מעוצמת התפוקה של הפולימר, ויוצרת חללים כדוריים קטנים בקטרים ​​ממוצעים של 5 עד 20 מיקרומטר. חללים אלה מרכזים מתחים מכניים במהלך מחזורי חום שלאחר מכן ופועלים כמוקדי התחלה להיווצרות שברים. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת של מעטפות PFA לאחר שלוש התרחשויות של אש יבשה של 5 דקות ב-280 מעלות גילתה ריכוזי חללים של 100-300 חללים למילימטר רבוע בשליש הפנימי של עובי הדופן, הקרוב ביותר לליבה החימום המתכתי. כל מקום פנוי מקטין את חתך העומס האפקטיבי ומתפקד גם כמגביר מתח. ככל שצפיפות החללים עולה מעל ל-500 חללים/מ"ר בערך, חיי העייפות של החומר במהלך רכיבה תרמית יורדים מ-10,000 מחזורים לפחות מ-500 מחזורים.

כימת נזק לכל אירוע{0}}שריפה יבשה
לא כל מקרי השריפה היבשים-יוצרים את אותו הרס. קצב ההידרדרות מוכתב על ידי טמפרטורת המעטפת המקסימלית שהושגה ותקופת הזמן המושקעת מעל הסף הקריטי. במקרה של מחמם סטנדרטי מכוסה PFA- המופעל ב-5 W/cm² באמבט מים של 80 מעלות, טמפרטורת הנדן עולה בעקבות עקומה צפויה כאשר היא מוסרת מהנוזל. ב-30 השניות הראשונות של הפעולה היבשה המשטח החיצוני עולה מ-80 מעלות ל-180 מעלות. הטמפרטורה עולה מ-180 מעלות ל-260 מעלות מ-30 ל-90 שניות. לאחר 90 שניות הטמפרטורה מתקרבת לטווח ההיתוך של PFA (305-315 מעלות) ויש להפעיל את הגנת טמפרטורת יתר הפנימית של המחמם. אירוע שריפה יבש בתוך 30 שניות (טמפרטורת שיא<180°C) causes little permanent damage, since the PFA remains far below its thermal breakdown threshold. A 30-60 s (peak temperature 180-240°C) event results in modest annealing of residual stress but little chain scission or void formation. The destructive regime begins after 60 seconds dry operation when the surface temperature is higher than 260°C. Based on the Arrhenius model, the acceleration factor for the degradation of PFA is around 12 for every 20°C increase above 260°C. In practice, a dry-fire event at 300°C for 2 minutes results in about identical cumulative degradation as 24 minutes at 260°C.

מדד נזקי האש היבשים-(DDI) נותן מדד מעשי להשוואת אירועים. חשיפה ל-DDI=t ×exp[(T peak -T ref )/T 0 ] כאשר T ref =260 מעלות, T 0 =18 מעלות (מבוסס על אנרגיית ההפעלה של הפירוק התרמי של PFA) וחשיפה ל-t היא הזמן מעל 200 מעלות בשעות. עבור אירוע בודד עם T שיא=280 מעלות למשך 5 דקות (0.083 שעות), DDI=0.083 × exp[(20)/18]=0.083 × 3.04=0.25. אירוע חמור יותר, ב-310 מעלות למשך 10 דקות (0.167 שעות) גורם ל-DDI exp [{20} x{20} x{20} 16.0=2.67. בדיקת חיים מואצת של 50 מחממים במחזורי שריפה יבשים- מבוקרים מצביעה על כך שסף ה-DDI המצטבר לפני כשל הוא בערך 15-20 עבור מעטפת PFA קונבנציונלית של 1.5 מ"מ בשירות תחנות כביסה. אין השפלה ברורה של פני השטח בערכי DDI מצטברים מתחת ל-5 והמאפיינים המכניים עדיין נמצאים בטווח של 90% מהערכים המקוריים. שינוי צבע פני השטח נצפה בין DDI 5 ל-12, התארכות בשבירה מופחתת ב-30-50% ותחילת שבר צפויה לאחר 1,000-2,000 מחזורי חום נוספים. אם ה-DDI הוא מעל 15, המחמם נמצא במצב סיכון גבוה שבו כל מתח תרמי נוסף, כולל מחזורי חשמל אופייניים, עלול לגרום לסדקים בקיר ודליפה חשמלית.

שיטות להערכת החיים שנותרו לאחר אירוע שריפה יבשה.
תחזית החיים המדויקת ביותר של תנור חימום-שנורה יבשה ואין לו תיעוד של האירוע היא על ידי בדיקה הרסנית של יחידת הקרבה. חתך היקפי את מעטפת ה-PFA בשלושה מקומות: באמצע האורך המחומם, 5 ס"מ מהקצה הקר, ובכל מקום שמפגין שינוי צבע. התבונן בחתך- בהגדלה של פי 50-100. ספור את החללים למילימטר רבוע בחצי הפנימי של עובי הדופן. צפיפות החללים מתחת ל-50 חללים/מ"מ מצביעה על נזק מצטבר קל (DDI < 5). צפיפות של 50 עד 200 חללים/ממ"ר מתאימה לנזק בינוני (DDI 5-12). צפיפות גבוהה מ-200 חללים/ממ"ר מתאימה לנזק גבוה (DDI > 12). כמו כן, בצע בדיקת כיפוף על רצועה רחבה של 10 מ"מ של חומר המעטפת לאחר הסרה מליבת המתכת . 180 בכיפוף מעלות על PFA, נזק מקורי או נמוך, מבלי להישבר מסביב לציר של 5 מ"מ. שברי חומר-מתונים לאחר 90-120 מעלות של כיפוף. חומר עם שברי נזק גבוה כאשר הוא מכופף יותר מ-30-45 מעלות.

ניתן לבצע הערכה-במקום על ידי בדיקות שדה לא-הרסניות. עם זאת, הדיוק של בדיקות השטח פחות. בעזרת מד מגוהם-, מדוד את התנגדות הבידוד החשמלית בין גוף החימום לאדמה ב-500 V DC. התנגדות הבידוד של מחמם PFA חדש (יבש) היא מעל 1,000 MΩ. זה מופחת על ידי חללים מיקרוסקופיים ומוצרי פירוק מופחמים לאחר נזקי שריפה יבשים. קריאות בין 100 ל-500 MΩ מאותתות על נזק בינוני, אם כי ניתן להשתמש במערכת בבטחה עם ניטור נוסף. אם הקריאה היא בין 10 ל-100 M? הנזק רב והכישלון קרוב. אם הקריאה נמוכה מ-10 MΩ, יש להחליף את תנור החימום באופן מיידי מכיוון ש-הגנת התקלה הקרקע עשויה שלא להפעיל באופן אמין בערכים כאלה. במהלך מבחן{20}}הדלקה מבוקרת, השתמש בדימוי תרמי כשהמחמם נמצא במצב שקוע חלקית עד לרמה מוגדרת. השווה את טמפרטורת פני השטח של החלק היבש-לזו של חלק סמוך שהיה מתחת למים באירועים קודמים. הפרש טמפרטורה גדול מ-15 C באותה קלט הספק מעיד על פחות העברת חום עקב הצטברות חללים או השפלה של פני השטח. עקוב אחר הפרש הטמפרטורה הזה לאורך זמן, עלייה של 5 מעלות בחודש פירושה השפלה גוברת.

מדריך להערכת והחלפת נזקים מצטברים
הטבלה הבאה נותנת מסגרת החלטה עבור מחממי PFA בתחנות שטיפה עם היסטוריית שריפות- יבשה מתועדת או משוערת, תוצאות בדיקות אבחון והקריטיות של התהליך. כל ההמלצות מבוססות על כך שהמחמם נקי מכל נזק פיזי ברור, כגון חריכה או סדק.

היסטוריית שריפה יבשה- מתועדת או התנגדות מצטברת לבידוד DDI (500 V DC) צפיפות חללים (חללים/מ"ר) פעולה מומלצת ואורך חיים צפוי
לא ידוע על שריפה יבשה- או אירוע בודד<30 seconds (DDI < 1) >1,000 MΩ <20 Normal operation Life expectancy is greater than 20,000 operating hours. Special monitoring: None.
1–3 פולסים של 30–90 שניות כל אחד (DDI 1–5) 500–1000 MΩ 20–50 המשך לפעול.