מהי מהירות החלקיקים המרבית שמעטפת PFA של 1.5 מ"מ יכולה לעמוד בה ללא כשל שחיקה?

בשירותי תרחיץ שוחקים-, ייצור פיגמנטים, טיפול בזרזים-חלקיקים מוצקים שנאגרו בנוזל פוגעים במעטפת המחמם PFA ושוחקים את עובי הדופן בהדרגה. עבור מעטפת PFA 1.5 מ"מ (אופייני לתנורי חימום תעשייתיים כלליים), מהירות החלקיקים המרבית לפני כשל שחיקה היא פונקציה של קשיות החלקיקים, גודלם, ריכוז וזווית הפגיעה. עבור חול סיליקה (קשיות Mohs 7, קוטר ממוצע 200 מיקרומטר, 5% לפי משקל), המהירות המקסימלית המותרת היא 2.5-3.0 מ' לשנייה למשך חיי שירות של שנתיים (בהנחה של 8,000 שעות עבודה/שנה). מעל 3.5 מ"מ/שניה השחיקה מתקרבת ל-0.5 מ"מ/שנה והקיר של 1.5 מ"מ יצטמצם לפחות מ-1.0 מ"מ בעוד שנתיים, כאשר חלחול וכשל מכני יתאפשרו. עבור חלקיקים קשים יותר (אלומינה, Mohs 9) המהירות המקסימלית יורדת ל-1.5-2.0 מ"ש. עבור חלקיקים רכים יותר (Mohs 3 אבן גיר) מותרות מהירויות של עד 5.0 מ"ש. קצב השחיקה ניתן על ידי E=k × vn כאשר n=2.5-3.5 עבור PFA.

אילוצי מהירות וחישוב קצב שחיקה
קצב השחיקה של PFA מוגדר על-ידי E=C (v)^3.2 (d)^0.7 (H_p/H_t)^1.2 כאשר E הוא במ"מ/שנה, v הוא מהירות ב-m/s, d הוא קוטר החלקיקים במ"מ, H_p הוא קשיות החלקיקים ב-Mohs, H_t הוא קשיות המטרה (P.} a ~2 קבועה) ו-C.} a. עבור חול סיליקה (d=0.2 מ"מ, H p =7) ב-2% משקל, C הוא בערך 0.015. ב-v=2.5 m/s, E=0.015 × (2.5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 מ"מ/שנה. שחיקה=0.68 מ"מ ב-2+ שנים (16000 שעות) החל מ-1.5 מ"מ, עובי שנותר=0.82 מ"מ - בגבול לשירות אמין (מומלץ לפחות 0.8-1.0 מ"מ). ב-v=3.0 m/sec, E=0.015 x (3.0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 מ"מ/שנה, 1.20 מ"מ בשנתיים, רק 0.30 מ"מ - לא מקובל. לכן המהירות הבטוחה המקסימלית למשך שנתיים עם דופן של 1.5 מ"מ היא 2.7 מ"ש לקבוצה זו של חלקיקים.

C ~ 0.025 עבור אלומינה (H_p=9, d=0.1 מ"מ, ריכוז=1%) ב-v=1.8 m/s, E=0.025 × (1.8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 מ"מ/שנה, 0.51 מ"מ בשנתיים, מותיר {0.39} מ"מ קביל {. ב-v=2.0 m/s, E=0.025 × (2.0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 מ"מ/שנה, 0.60 מ"מ ב-2 שנים, ומשאיר 0.90 מ"מ - שולי אך מקובל. ב-v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 מ"מ/שנה, 1.13 מ"מ בשנתיים, 0.37 מ"מ נותרו-לא מקובל

מהירות חלקיקים מרבית לפי חומר (אורך חיים של שנתיים, קיר 1.5 מ"מ)
Particle Hardness (Mohs) MaterialTypical Size (microns)Max Velocity (m/s) for 2 Year Life Erosion Rate at Maximum Velocity (mm/yr)Remaining Thickness After 2 Years (mm) Polymer pellets (HDPE, PP) 1-2 2,000-5,000 >5.0 <0.10 >1.3 סידן קרבונט (אבן גיר) 3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
נתרן כלורי (גבישי מלח) 2.5 200–500 4.0–4.5 0.20–0.25 1.00–1.10
עפרות נחושת (כלקופיריט) 3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
עפרות ברזל (המטייט) 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0.90
חול סיליקה (קוורץ) 7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
חול סיליקה 7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
חרוזי זכוכית 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1.00 אלומינה (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1.00
סיליקון קרביד (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
זירקוניה (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
אפר טוס (מעורב) 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1.00
השלכות מעשיות והפחתות
עבור מתקנים קיימים, מדוד את מהירות הזרימה המקומית על פני המחמם באמצעות צינור פיטוט או מד זרימה קולי. נקודת המדידה ממוקמת במרחק של 50 מ"מ מפני השטח של המחמם בצד במעלה הזרם מכיוון שבשל היצרות הזרימה, המהירות גבוהה ב-1.5-2.5× ממהירות המיכל בתפזורת. אם המהירות המתועדת גבוהה מהמקסימום עבור סוג החלקיקים, בצע פעולה מתקנת: (1) התקן מסיט זרימה- (לוח מחורר) 50 עד 100 מ"מ במעלה הזרם של המחמם כדי למזער את המהירות המקומית. מסיט בנוי נכון יכול להפחית את המהירות במחמם ב-40-60%. (2) הגדל את עובי דופן המחמם ל-2.5-3.0 מ"מ, מה שמגדיל את המהירות המותרת ב-30-50% באותה קצבת שחיקה. (3) הקטן את מהירות המשאבה או השתמש במנוע בתדר משתנה כדי להפחית את מהירות המחזור. (4) שינוי כיוון המחמם: מחמם אנכי עם זרימה מקבילה לציר המחמם נתון לשחיקה פחותה משמעותית (בפי 5-10) מאשר מחמם אופקי בניצב לזרימה. עבור שירות תרחיץ, יש להרכיב את המחממים בצורה אנכית בלבד והזרימה צריכה להיות צירית לאורך המחמם, לא לרוחב.

עטיפות PFA של 1.5 מ"מ שכבר נמצאות בשירות שוחקים יימדדו בעובי על בסיס שנתי. באמצעות מד אולטראסוני בצע מדידות בשלושה גבהים שונים ובארבעה מקומות שונים סביב ההיקף. אם הדילול הוא יותר מ-0.2 מ"מ לשנה, המהירות היא מחוץ לגבול הבטוח. תכנן החלפה בעובי של 1.0 מ"מ שנותר ונקוט צעדים להפחתת מהירות עבור פעולת נדן חלופית של מחמם . 1.5 מ"מ מתחת לעובי 1.0 מ"מ, סיכון ניקוב בלתי צפוי, זיהום אמבטיה ותקלת קרקע.

מסקנה: מקסימום 2.5-3.0 מ"ש לחול סיליקה
2.5-3.0 מ' לשנייה היא מהירות החלקיקים המקסימלית ללא כשל שחיקה עבור מעטפת PFA של 1.5 מ"מ בתמיסת חול סיליקה (Mohs 7, 100-200 מ"מ, ריכוז של 2-5%) למשך שנתיים של פעולה רציפה. השחיקה היא מעל 0.5 מ"מ לשנה במהירויות גוברת ומקטינה את עובי הדופן מתחת למינימום המקובל של 0.8 -1.0 מ"מ לאחר שנתיים. עבור חלקיקים קשים יותר (אלומינה, SiC) המהירות המקסימלית יורדת ל-1.5-2.0 מ"ש. מהירויות של עד 4.5 מ' לשנייה מותרות עבור חלקיקים רכים יותר (אבן גיר, מלח). מהנדסים צריכים למדוד מהירות מקומית, לא קצב זרימה בתפזורת. כאשר מהירות התהליך הנדרשת עולה על המקסימום עבור סוג החלקיקים, ציין דופן PFA עבה יותר (2.5-3.0 מ"מ) או נקוט באמצעים להפחתת המהירות. המעטפת בגודל 1.5 מ"מ מיועדת רק עבור מהירות נמוכה, ריכוז נמוך או תמיסה של חלקיקים רכים . 1.5 מ"מ אינו טוב עבור שירות חלקיקים קשיחים במהירות גבוהה, יהיו אשר יהיו איכויות עיצוב אחרות. הקיר של 1.5 מ"מ הוא העובי התעשייתי האופייני ביותר, אך לעתים קרובות הוא הבחירה הגרועה בשימוש בשפשוף. ציין לאחר חישוב שיעור השחיקה. ללכת עבה יותר כאשר יש ספק. השחיקה היא חסרת רחמים.