מה ההבדל במצב כשל בין מחמם PFA שחומם יתר על המידה בנוזל לעומת מחומם יתר על המידה באדים?

ישנם שני תרחישים שונים כאשר מחממי PFA מתחממים יתר על המידה. האחת היא כאשר המחמם נמצא בנוזל אך העברת החום אינה מספקת (זרימה לקויה, משטח מלוכלך, צפיפות וואט גבוהה מדי). השני הוא כאשר המחמם נמצא באדים או באוויר (יבש-אש) עקב מפלס נוזל נמוך. בשל מקדם העברת החום המשתנה מאוד והפעילות הכימית של המדיה שמסביב, מצבי הכשל שונים באופן דרסטי. בהתחממות יתר של נוזל (עדיין שקוע אך מקורר בצורה גרועה) טמפרטורת פני השטח של PFA עולה בהתמדה ובאופן שווה, בדרך כלל ל-180-250 מעלות. כשל מתרחש באמצעות חדירה מוגברת, הידרדרות של פני השטח הפנימיים וקורוזיה סופית של הליבה - תהליך שלוקח ימים עד שבועות. במקרה של התחממות יתר של אדים (הנחשפים לאוויר או לקיטור), טמפרטורת פני השטח של ה-PFA עולה במהירות (בדקות) ל-300-400 מעלות, מה שמוביל להמסה מיידית, לשלפוחיות ולקרע קטסטרופלי. התחממות יתר של שלב הנוזל גם היא פחות קטסטרופלית ומציגה אינדיקטורים אזהרה (עלייה בטמפרטורת פני השטח, הגדלת התנגדות הבידוד לדליפה) כדי לאפשר כיבוי מנע. לפיכך כשל בשלב האדים הוא פתאומי יותר וסביר יותר לזהם את המיכל.

כשל בחדירה והתחממות יתר של נוזל איטי
מחמם PFA שקוע הפועל בצפיפות וואט גבוהה או זרימה נמוכה יגביר את טמפרטורת פני השטח של PFA מעל למקסימום התכנון (בדרך כלל 110 מעלות לחיים ארוכים, 140 מעלות לתקופות ממושכות). ב-160-200 מעלות, ה-PFA מתפרק על ידי ניתוק שרשרת וחמצון, אך ההידרדרות מוגבלת למשטח הפנימי (ממשק המתכת PFA-) מכיוון שהמשטח החיצוני עדיין במגע עם הנוזל החם. אדי מים ואדי חומצה עוברים דרך ה-PFA בקצב מוגבר (פי 5 עד 50 יותר מאשר ב-100 מעלות). ליבת המתכת קורוזיה ולמלחי המתכת שנוצרים יש נפח גבוה יותר מהמתכת המקורית. זה יוצר לחץ פנימי שמעורר את ה-PFA מבפנים. שלפוחית ​​היא נפיחות מקומית, בקוטר של 5 עד 20 מ"מ, לרוב לאחר 200 עד 1,000 שעות של התחממות. אם השלפוחית ​​מתפוצצת הנוזל מציף את הליבה ותקלת קרקע מתרחשת מיד. לחלופין, הליבה נשחקת ללא שלפוחיות, ויוצרת מעגל פתוח (מחמם אינו מחמם) ללא זיהום.

Signs of warming of the liquid: (1) Increase of surface temperature detected by external thermocouple or infrared camera. A heater that ran at 105 degrees for years is now running at 125 degrees with the same output and flow. (2) Insulation resistance decreasing from >1,000 MΩ עד 100-500 MΩ בתוך שבועות המעידים על חדירת לחות במגע. (3) PFA טבעי (שקוף) בחלק השקוע יתהפך לצבע שזוף/חום. (4) הופעה של בועות קטנות על משטח המחמם במהלך הפעולה (רתיחה מקומית על פני השטח PFA המעידה על טמפרטורת פני השטח מעל 100 מעלות). למפעילים יש ימים עד שבועות להגיב על ידי הפחתת חשמל או ניקוי תנור החימום.

התחממות יתר של אדים: כשל תרמי, מהיר
מקדם העברת החום עבור מחמם PFA יורד מ-500-5,000 W/m²·K (נוזל) ל-10-50 W/m²·K (אדים/אוויר) כאשר אדים או אוויר יוצרים קשר עם המחמם (מפלס הנוזל יורד מתחת למחמם). עבור תנור חימום עם צפיפות הספק של 3-5 W/cm2 הטמפרטורה של משטח PFA עולה מ-100-110 מעלות ל-250-400 מעלות תוך 1-5 דקות. PFA נמס די בקלות ב-250-300 מעלות (נקודת התכה 305-315 מעלות). ב-300 - 350oC הפולימר נמצא במצב נוזלי צמיג. כוח הכבידה מושך את ה-PFA המותך כלפי מטה או החוצה, וחושף את ליבת המתכת לסביבת האדים. חמצון מהיר (באוויר) או קורוזיה (באדי חומצה) של הליבה החשופה מובילים בדרך כלל למעגל פתוח או לתקלת אדמה תוך 30 שניות עד 5 דקות מחשיפה. ההתמוטטות היא קטסטרופלית: מעטפת ה-PFA פגומה ופולימר מותך עלול לטפטף לתוך המיכל ולזהם את המוצר.

Warning indicators of vapour overheating: (1) Heater is on yet tank liquid level is obviously low (operator observation) . (2) A strong burnt or bitter smell (due to PFA decomposition products, mainly fluorocarbon gases). (3) Smoke or vapour escaping from the tank above the heater site. (4) Insulation resistance of the heater lowers from >1,000 MΩ ל<10 MΩ in seconds to minutes. By the time a warning is detected the heater is usually already damaged beyond repair. This is achieved by level monitoring and interlocks to de-energise the heater when the liquid level falls below the minimum point of submersion.

סיכום מצב כשל השוואתי
פרמטר נוזל Super HeatSteam התחממות יתר (יבש-אש)
טמפרטורת פני שטח אופיינית של PFA 160-220 מעלות 300-400 מעלות
זמן עד כישלון (מתחילת התחממות יתר) ימים עד שבועות 1-10 דקות
מנגנון הידרדרות עיקרי האצת חלחול + הידרדרות של פני השטח הפנימי התכה בתפזורת + פירוק פולימר
נפיחות (שלפוחיות) התרחשות כשל קוטר 5-20 מ"מ מעטה נמס, נפול או מתפורר; הליבה חשופה
Insulation resistance development>1,000 MΩ ל<10 MΩ gradual change over 100-500 hoursQuick decline to <1 MΩ in seconds of core exposure
המחמם עדיין נראה כאילו הוא עובד? כן, אבל לא טוב לא (מעגל פתוח או ניתוק תקלת אדמה)
סיכון לזיהום אמבטיה נמוך (מלחי נחושת/ניקל קורוזיה הליבה) גבוה (טיפות PFA מותכות + מתכות ליבה)
סימני אזהרה: עליית חום פני השטח, שינוי צבע, בעבוע, ריח, עשן, רמת נוזל נמוכה
זמן תגובה של המפעיל שבועות או ימים שניות עד דקות (לעתים קרובות מאוחר מדי)
תוצאות בדיקה לאחר כישלון נדן שלפוחית, מוצרי קורוזיה לבנים/ירוקים על שלפוחית ​​נדן ממוטט או חסר, ליבת מתכת מושחרת, שאריות חרוכות
מניעה מומלצת צפיפות וואט נמוכה יותר שפר את הזרימה קנה מידה נקי קנה מידה נעילת רמה + מתג ניתוק ברמה נמוכה
זיהוי ופעולה בשטח
מעטפת ה-PFA שנכשלה מציגה את מצב התחממות יתר בעקבות כשל בחימום. שלפוחיות הן נקודות מוגבהות מקומיות הנובעות מהתחממות יתר של הנוזל ומרגישות רכות בהשוואה ל-PFA שמסביב. חותכים את השלפוחית: בתוך חלל יבש עם מוצרי קורוזיה לבנים או ירוקים (מלחי מתכת). ה-PFA שליד השלפוחית ​​דהוי (חום) אך לא פגום. האדים מתחממים יתר על המידה וממיסים או ממוטים את הנדן. באזור החם ביותר, ה-PFA עשוי להיות חסר לחלוטין, או לצנוח כלפי מטה (כיוון כוח הכבידה). ליבת המתכת מושחרת (חימצון) או בעלת קורוזיה ירוקה/כחולה (התקפת חומצה). הכישלון הוא, כמובן, הרסני.

מפלס הנוזל וטמפרטורת פני החימום נמדדים לצורך תחזוקה מונעת. מחמם PFA הפועל בנוזל ב-90 מעלות צריך להיות עם טמפרטורת פני השטח של 95-110 מעלות (תלוי בצפיפות הוואט ובזרימה). אם טמפרטורת פני השטח גבוהה ב-15 מעלות צלזיוס מהקו הבסיסי באותם תנאי הפעלה, בדוק אם יש עכירות או הפחתת זרימה לפני התקדמות התחממות יתר. אם מפלס הנוזל יורד מתחת למחמם מכל סיבה שהיא, התנור יופעל תוך 5 שניות. מספיק מתג צף עם השהיית זמן של 2-3 שניות והשהייה גדולה יותר מסתכנת בחימום יתר של אדים. לעולם אל תסמוך על מפעיל שיצפה בנעילה אוטומטית בהתקנה ברמה נמוכה.

מסקנה: התחממות יתר של נוזל מזהירה, התחממות יתר של אדים לא
מחמם PFA שהתחמם יתר על המידה בנוזל ייכשל באיטיות (ימים עד שבועות) על ידי שלפוחיות מלחץ פנימי ויש לו אינדיקציות אזהרה הניתנות לזיהוי (עלייה בטמפרטורת פני השטח, ירידה בהתנגדות בידוד, שינוי צבע). למפעילים יש זמן להגיב. מצב הכשל של תנור חימום שחומם יתר על המידה באדים (יבש-אש) הוא מהיר (דקות) עם התכה וקריסת מעטה קטסטרופלית, ולא נותן שום אזהרה-כאשר מתגלה ריח או עשן, המחמם נהרס. חישת רמה אוטומטית נדרשת עם נעילת חיבור לכיבוי חשמל כדי למנוע התחממות יתר של אדים. בחירה נכונה של צפיפות וואט (פחות או שווה ל-3 W/cm² עבור רוב שירותי המים), זרימה מתאימה וניטור רגיל של טמפרטורת פני השטח יכולים למנוע התחממות יתר של הנוזל. מהנדסים בודקים בטרם עת במקרה של כשל בחימום PFA, קבע איזה סוג של התחממות יתר התרחש. אם שלפוחיות לא נמסות, התנור היה עמוס בנוזל. אם נמס או נדן מתמוטט, תנור חימום יבש.