Ķīmiskā rūpnīca nomainīja 5 kW PTFE iegremdējamo sildītāju pēc četrpadsmit mēnešu kalpošanas. Sildītājs bija izturējis nepārtrauktības pārbaudi, un apvalkā nebija redzamu plaisu. Taču izolācijas pretestība bija noslīdējusi zem 5 MΩ, un bija kļuvuši bieži zemes defekti. Kad iekārta tika atdalīta analīzei, iekšējā pildviela bija mainījusi krāsu un saplīsusi{5}}piesārņota ar dzelzs oksīdu, sulfātu savienojumiem un mitrumu. Pildviela bija absorbējusi procesa ķīmiju, izmantojot lēnu caurlaidības ceļu, un piesārņojums bija iznīcinājis izolāciju no iekšpuses.
Iekšējā pildviela-magnija oksīds vai līdzīga keramika-ir elektriskais izolators, kas atdala pretestības elementu no metāla apvalka. PTFE iegremdējamā sildītājā pildvielu no procesa šķidruma aizsargā polimēra ārējais apvalks. Ja šī aizsardzība ir apdraudēta-pat nedaudz-, pildviela kļūst par nākamo aizsardzības līniju, un tai ir ierobežota izturība pret mitrumu un ķīmisko iedarbību.
Pildvielas loma PTFE iegremdējamā sildītāja konstrukcijā
Sildelementu izolācijai tiek izvēlēts magnija oksīds, jo tam ir augsta dielektriskā izturība, laba siltumvadītspēja un saprātīga stabilitāte augstās temperatūrās. Tas ir sablīvēts telpā starp pretestības elementu un metāla apvalku, veidojot blīvu, elektriski izolējošu barjeru.
Augstas-kvalitātes MgO pildvielas tīrība pārsniedz 99% un blīvums pārsniedz 3,0 g/cm³. Saņemtā veidā tas ir hidrofobs, kas nozīmē, ka tas ir izturīgs pret mitruma uzsūkšanos. Tomēr MgO ir higroskopisks{5}}tas absorbēs ūdeni no atmosfēras vai procesa šķidruma, ja būs iespēja. Pēc absorbcijas ūdens samazina izolācijas pretestību un var reaģēt ar MgO, veidojot magnija hidroksīdu, kam ir zemāka dielektriskā izturība.
| Pildījuma īpašums | Jauns, sauss stāvoklis | Pēc mitruma iedarbības | Ietekme uz sildītāju |
|---|---|---|---|
| Dielektriskā izturība | >15 kV/mm | 5–10 kV/mm | Samazināts pārrāvuma spriegums |
| Izolācijas pretestība | >500 MΩ | <50 MΩ | Zemes defekta risks |
| Blīvums | 3,0–3,3 g/cm³ | 2,5–2,9 g/cm³ | Samazināta siltumvadītspēja |
| Tīrība | >99% MgO | 90–95% MgO | Piesārņojums, korozija |
| Siltumvadītspēja | 30–40 W/m·K | 15–25 W/m·K | Augstāka apvalka temperatūra |
Pildvielas īpašības pirms un pēc mitruma un ķīmiskā piesārņojuma
Kā procesa ķīmija sasniedz pildvielu
Pildviela ir neaizsargāta pret piesārņojumu trīs veidos: iekļūšana caur PTFE apvalku, iekļūšana termināļa blīvējumā un apvalka mehāniskais pārrāvums.
Caurlaidība ir lēnākais ceļš, bet visizplatītākais agresīvās ķīmijas jomā. Ūdens molekulas, skābes un izšķīdušie joni izkliedējas caur PTFE vairāku mēnešu darbības laikā. Likme ir atkarīga no temperatūras, ķīmijas un apvalka biezuma. Caur PTFE piesārņotāji migrē pildvielā, reaģējot ar to un samazinot tā izolācijas īpašības.
Termināla blīvējuma iekļūšana ļauj mitrumam un procesa šķidrumam iekļūt aukstajā zonā un pārvietoties pa pildvielu uz apsildāmo sekciju. Šis ceļš ir ātrāks par caurlaidību, bet parasti ietekmē tikai sildītāja augšējo daļu termināļa tuvumā.
Mehānisks pārrāvums-plaisa, izgriezums vai caurums-pieļauj tiešu saskari starp procesa šķidrumu un pildvielu. Piesārņojums ir ātrs un lokalizēts, un sildītājs parasti neizdodas dažu dienu vai nedēļu laikā.
| Piesārņojuma ceļš | Laiks neveiksmei | Skartā zona | Izolācijas pretestības samazināšanās | Iespējams remonts |
|---|---|---|---|---|
| Apvalka caurlaidība | 6-18 mēneši | Pilns apsildāms garums | Pakāpeniski | Nē |
| Termināla blīvējuma iekļūšana | 1-6 mēneši | Augšējā sadaļa | Mērens līdz straujš | Dažkārt |
| Mehānisks pārrāvums | Dienas - nedēļas | Lokalizēts | Strauji | Nē |
Piesārņojuma ceļi un to ietekme uz PTFE iegremdējamā sildītāja pildvielu
Ķīmiskās reakcijas, kas noārda pildvielu
Kad mitrums sasniedz MgO, tas reaģē, veidojot magnija hidroksīdu: MgO + H₂O → Mg(OH)2. Magnija hidroksīdam ir zemāka dielektriskā izturība un zemāka siltumvadītspēja nekā MgO. Reakcija ir eksotermiska, radot siltumu, kas var vēl vairāk paātrināt degradāciju.
Kad skābes sasniedz MgO, tās reaģē, veidojot magnija sāļus. Sērskābe veido magnija sulfātu, kas ir šķīstošs un vadošs. Sālsskābe veido magnija hlorīdu, kas arī ir šķīstošs un ļoti kodīgs pret pretestības elementu. Šie sāļi palielina pildvielas vadītspēju un var korozēt pretestības vadu.
Īpaši kaitīga ir mitruma un skābes kombinācija. Skābe izšķīdina MgO, radot tukšumus un ceļus, kas ļauj tālāk iekļūt. Pretestības elements ir pakļauts procesa ķīmijai, un sildītājs sabojājas no iekšpuses.
Pildvielu piesārņojuma simptomi
Piesārņota pildviela rada raksturīgu simptomu kopumu, kas to atšķir no citiem atteices veidiem.
Izolācijas pretestība pakāpeniski samazinās nedēļu vai mēnešu laikā. Samazinājums parasti ir monotons{1}}katrs rādījums ir mazāks nekā pēdējais. Stabils rādījums, kam seko pēkšņs kritums, norāda uz citu problēmu, piemēram, mehānisku bojājumu.
Piesārņojumam progresējot, zemes defekti kļūst biežāki. Pirmais brauciens var notikt pēc mēnešiem ilgas normālas darbības. Turpmākie atvienojumi notiek tuvāk viens otram, un galu galā sildītājs izslēdzas uzreiz pēc atiestatīšanas.
Apvalkā var būt krāsas maiņa vai mīksta, pūšļa vieta, ja piesārņojums ir lokalizēts netālu no pārkāpuma. Tomēr caursūkšanās- izraisīta piesārņojuma gadījumā apvalks bieži izskatās neskarts pat tad, ja pildviela ir nopietni bojāta.
| Simptoms | Pildvielas piesārņojums | Apvalka plaisāšana | Mēroga veidošana |
|---|---|---|---|
| Izolācijas pretestība | Pakāpeniska lejupslīde | Pēkšņs kritums | Stabils |
| Zemes defektu atvienojumi | Pieaug biežums | Tūlītēja | Nav |
| Apvalka izskats | Bieži vien neskarts | Redzama plaisa | Redzams depozīts |
| Uzsilšanas-laiks | Nedaudz palielināts | Normāls vai palielināts | Palielināts |
| Pašreizējā izloze | Normāls | Normāls | Normāls |
Simptomu salīdzinājums parastajiem PTFE iegremdējamā sildītāja atteices režīmiem
Pildvielu piesārņojuma novēršana
Visefektīvākā profilakse ir saglabāt PTFE apvalku neskartu un spaiļu korpusu noslēgtu. Tas nozīmē izvēlēties tādu vatu blīvumu, kas uztur apvalka temperatūru drošās robežās, uzturot atbilstošu iegremdēšanas dziļumu un regulāri pārbaudot sildītāju, vai nav bojājumu pazīmju.
Augsta-blīvuma MgO pildviela ar zemu mitruma uzsūkšanas spēju nodrošina labāku izturību pret piesārņojumu nekā standarta pildviela. Daži ražotāji piedāvā MgO ar mitrumizturīgu- pārklājumu vai hidrofobu piedevu, kas palēnina ūdens un ķīmisko vielu uzsūkšanos.
Aizzīmogoti spaiļu korpusi ar desikantu iepakojumiem vai ventilācijas atverēm samazina mitruma iekļūšanu aukstajā galā. Blīvējums ir jāpārbauda katrā apkopes intervālā un jānomaina, ja tas ir saspiests vai saplaisājis.
Kad pildvielas piesārņojums norāda uz specifikācijas problēmu
Atkārtotas uzpildes piesārņojuma kļūmes tajā pašā tvertnē norāda, ka sildītājs darbojas apstākļos, kas pārsniedz tā projektētās robežas. Augsta temperatūra, agresīva ķīmija vai liels vatu blīvums paātrina caurlaidību un saīsina laiku līdz piesārņojumam. Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar biezāku apvalku, zemāku vatu blīvumu un uzlabotu blīvējumu pagarina laiku pirms piesārņojuma. Specifikācijas procesam ir nepieciešama vannas ķīmija, darba temperatūra, apvalka biezums un iepriekšējo sildītāju atteices vēsture.
