Abrazīvā nodiluma izaicinājums biogāzes priekšsildē
Anaerobās bioreaktora notekūdeņi satur suspendētas silīcija dioksīda daļiņas no smiltīm, augsnes un minerālu atlikumiem, kas tiek ievesti bioreaktorā ar izejvielām. Šīs daļiņas, kuru diametrs parasti ir no 20 līdz 150 mikroniem ar koncentrāciju no 500 līdz 3000 mg/l, rada erozīvu vidi iegremdējamiem sildītājiem. PFA iekapsulēšanas cietība, ko mēra pēc Shore D skalas, tieši nosaka, cik dziļi abrazīvās daļiņas iegremdē polimēra virsmu ilgstošas darbības laikā. Lauka dati no 36 lauksaimniecības un komunālajiem bioreaktoriem liecina, ka PFA cietības palielināšana no Shore D 65 līdz 72 samazina erozijas nodiluma dziļumu par 55% līdz 65% pēc 8760 stundu nepārtrauktas darbības.
Cietības ietekme uz daļiņu trieciena eroziju
Polimēru erozijas ātrums, ko izraisa suspendētas abrazīvās daļiņas, atbilst jaudas{0}}likuma attiecībai pret materiāla cietību. PFA Shore D diapazonā no 60 līdz 75 katrs par vienu -punktu cietības palielinājums samazina tilpuma erozijas ātrumu par aptuveni 8% pie identiskas daļiņu slodzes un plūsmas ātruma. Standarta neaizpildītās PFA kategorijas pēc formēšanas parasti mēra Shore D 65 līdz 67. Rūdītas PFA kategorijas, kas sasniedz Shore D 71 līdz 73, satur 10% līdz 15% no svara stikla šķiedras vai oglekļa šķiedras stiegrojumu, kas palielina virsmas izturību pret daļiņu iespiešanos. Sildītāja paraugu šķērsgriezuma mikroskopija no bioreaktoriem, kas darbojas ar plūsmas ātrumu 1,2 m/s ar 1500 mg/l silīcija dioksīda slodzi, liecina, ka Shore D 65 PFA pēc viena gada veido 0,28 mm vidējo erozijas dziļumu. Shore D 72 PFA identiskos apstākļos uzrāda 0,11 mm vidējo dziļumu, kas ir 61% samazinājums.
Nodiluma modeļa atkarība no plūsmas trieciena leņķa
Leņķis, kādā abrazīvās daļiņas ietriecas sildītāja virsmā, maina cietības ieguvumu. Perpendikulāra sadursme (90- grādu leņķis) izraisa maksimālu eroziju, jo daļiņu kinētiskā enerģija pilnībā pāriet uz polimēra virsmu. Perpendikulāra trieciena gadījumā Shore D 72 PFA uzrāda par 52% mazāku eroziju nekā Shore D 65 pakāpe. Sekla{11}}leņķa sadursme (15–30 grādi) galvenokārt rada slīdēšanu, nevis trieciena krāteru veidošanos. Sekla leņķa apstākļos cietības priekšrocība samazinās līdz 30% līdz 35%, jo dominējošais nodiluma mehānisms pāriet uz griešanu un aršanu, kur cietība nodrošina mazāku aizsardzību nekā izturība pret lūzumiem. Anaerobās bioreaktora konfigurācijās, kur sildītāji ir novietoti vertikāli paralēli plūsmai, trieciena leņķi parasti svārstās no 30 līdz 60 grādiem, nodrošinot efektīvu cietības ieguvumu no 45% līdz 50% cietākai klasei.
Temperatūras un daļiņu izmēra mijiedarbība
Digeratora darba temperatūra maina abu cietības pakāpju efektīvo izturību pret eroziju. Pie 35 grādiem līdz 40 grādiem (mezofilā sagremošana) Shore D 65 PFA saglabā lielāko daļu no apkārtējās vides cietības un izturības pret eroziju. Pie 55 grādiem līdz 60 grādiem (termofīlā sagremošana) tas pats polimērs mīkstina, Shore D samazinoties par 3 līdz 4 punktiem. Shore D 72 cietā pakāpe 55 grādu leņķī ir aptuveni Shore D 68, kas joprojām ir cietāka par standarta pakāpi istabas temperatūrā. Daļiņu izmērs ietekmē arī cietības ieguvumu. Daļiņām, kuru izmērs ir mazāks par 50 mikroniem, cietības atšķirība starp šķirnēm samazina eroziju tikai par 25%, jo mazās daļiņas noberžas, pulējot, nevis veidojot krāterus. Daļiņām virs 100 mikroniem cietības ieguvums pārsniedz 70%, jo lielākas daļiņas rada dziļākus trieciena krāterus, kuros cietība tieši pretojas iekļūšanai.
Ilgtermiņa{0}}nodiluma prognozes pēc cietības pakāpes
| Digeratora veids un daļiņu ielāde | PFA cietība (šors D) | Paredzamais erozijas dziļums pēc 1 gada | Prognozētais laiks līdz 0,5 mm nodilumam (neatteices slieksnis) |
|---|---|---|---|
| Termofīls (55 grādi), augsts smiltis (2500 mg/L), lielas daļiņas | 71 līdz 73 (smags vērtējums) | 0,20 līdz 0,25 mm | 2,0 līdz 2,5 gadi |
| Termofīls (55 grādi), augsts smiltis (2500 mg/L), lielas daļiņas | 65 līdz 67 (standarta) | 0,45 līdz 0,55 mm | 0,9 līdz 1,1 gadi |
| Mezofils (38 grādi), mērens smiltis (1000 mg/L), jaukti izmēri | 71 līdz 73 (smags vērtējums) | 0,08 līdz 0,12 mm | 4,0 līdz 6,0 gadi |
| Mezofils (38 grādi), mērens smiltis (1000 mg/L), jaukti izmēri | 65 līdz 67 (standarta) | 0,18 līdz 0,24 mm | 2,0 līdz 2,8 gadi |
| Bioreaktors ar zemu cietvielu saturu (< 300 mg/L silica), any temperature | 65 līdz 67 (standarta) | 0,05 līdz 0,08 mm | 6,0 līdz 10,0 gadi |
Virsmas apdares mijiedarbība ar erozijas ātrumu
PFA sildītāju sākotnējais virsmas gludums mijiedarbojas ar cietību, lai noteiktu erozijas progresēšanu. Gludas virsmas (Ra < 0,8 µm) uz cietas- pakāpes PFA saglabā zemu erozijas ātrumu ilgāku laiku, jo sākotnējās spriedzes koncentrācijas vietu neesamība novērš lokālu nodiluma paātrinājumu. Nelīdzenām virsmām (Ra > 1,5 µm) uz tās pašas cietās pakāpes pēc 2000 stundām rodas nodiluma ātrums, kas tuvojas standarta -pakāpes gludām virsmām, jo sākotnējā netīrība rada vēlamās erozijas vietas. Inženieriem, kuri abrazīvajam darbam nosaka cieto-pakāpju PFA, ir jāpieprasa arī veidota gluda apdare ar Ra mazāku par 0,8 µm, lai panāktu pilnīgu erozijas samazinājumu par 60%. Shore D 72 cietības un Ra 0,6 µm apdares kombinācija nodrošina par 70% mazāku erozijas dziļumu nekā Shore D 65 ar Ra 1,8 µm pēc viena gada augstas -smilšu bioreaktoros.
Specifikācijas norādījumi priekšsildītāja izvēlei
Anaerobiem bioreaktoriem, kas apstrādā izejvielas ar silīcija dioksīda daļiņu koncentrāciju, kas pārsniedz 500 mg/l, PFA iekapsulēšana ar Shore D cietību vismaz 71 nodrošina izmērāmu sildītāja kalpošanas laika pagarinājumu. Sienas biezums jāpalielina līdz 2,5 mm, ja tiek izmantots cietais -kategorijas PFA, lai pielāgotos samazinātajai, bet joprojām pastāvošajai erozijai, neatklājot sildīšanas serdi. Standarta -kategorijas PFA ir pieņemams bioreaktoriem ar efektīvām smilšu noņemšanas sistēmām vai tiem, kas darbojas zem 500 mg/l suspendētā silīcija dioksīda. Pieprasot piedāvājumus, pieprasiet piegādātājam sertificētus Shore D cietības mērījumus kopā ar dokumentāciju par stiegrojuma veidu un slodzes procentu, jo oglekļa šķiedras stiegrojums sasniedz cietību, izmantojot citu mehānismu nekā stikla šķiedra un var atšķirīgi ietekmēt siltumvadītspēju.
