Làm thế nào để xác định chính xác chiều dài chốt lạnh của bộ gia nhiệt PFA để ngăn chặn sự ăn mòn nước ngưng tụ trên các thiết bị đầu cuối điện?

Các chân lạnh của lò sưởi PFA là các đầu kim loại nhô ra từ phần trên của bộ phận làm lạnh (phần của lò sưởi không được ngâm) vào hộp nối nơi thực hiện các kết nối điện. Nếu chiều dài chốt lạnh quá ngắn nghĩa là các đầu nối quá gần với thân PFA được làm nóng. Nếu các cực ở dưới điểm sương, hơi ẩm trong không khí xung quanh sẽ ngưng tụ trên các cực. Nhiệt truyền lên các chân lạnh giữ cho chúng ấm - nhưng chỉ khi các chân này đủ dài để tạo ra gradient nhiệt. Do chiều dài chân cắm ngắn và lạnh nên các đầu cực chạy mát, điều này khuyến khích sự ngưng tụ hơi ăn mòn từ bể chứa (sương axit, clo, amoniac) trên các kết nối điện. Các hóa chất ngưng tụ gây ra sự ăn mòn của các thiết bị đầu cuối dẫn đến tăng điện trở tiếp xúc, làm nóng và cuối cùng là hỏng kết nối. Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp, chiều dài chốt nguội tối thiểu là 70–100 mm tính từ phần nguội PFA đến đầu cuối. Đối với các điều kiện hơi khó chịu (HCl, HF, Cl2, NH3) chỉ định 120-150 mm để đảm bảo các đầu cuối ở trên điểm sương.

Độ dốc nhiệt của pin lạnh
Chốt lạnh (thường là đồng mạ niken hoặc thép không gỉ) xuất phát từ bộ phận làm nóng bên trong, đi qua phần lạnh PFA và kết thúc ở hộp nối. Đế chốt lạnh (được nhúng trong PFA) ở nhiệt độ cao, thường là 80–120 độ, do nhiệt truyền từ bộ phận làm nóng. Đầu của chốt lạnh (nơi gắn dây) phải ở nhiệt độ bằng hoặc gần nhiệt độ môi trường xung quanh để bảo vệ các kết nối điện. Sự thay đổi nhiệt độ xuống chốt được xác định bằng phương trình dẫn nhiệt. Cấu hình nhiệt độ pin tiếp cận môi trường theo cấp số nhân với chiều dài đặc trưng λ=√ k × A h × P trong đó k là độ dẫn nhiệt (≈ 400 W/mK đối với đồng, 15 W/mK đối với thép không gỉ), A là diện tích mặt cắt ngang-, h là tổn thất nhiệt đối với không khí xung quanh do đối lưu (h ≈ 10-20 W/m2.K) và P là chu vi của chốt. Đối với chốt đồng đường kính 6 mm A=28 mm2, P=19 mm, λ ≈ √ ( 400 x 2.8e-5 ) / ( 15 x 0.019 )=√ ( 0.0112 / 0.285 )=√ 0.039=0.20 m=200 mm . Phải mất một đoạn dài khoảng 200 mm để chốt nguội đến nhiệt độ gần bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Đối với thép không gỉ (k=15 W/m. K) λ≈ √(15×2.8e-5/15×0.019)= √(0.00042/0.285)= √0.00147=0.038 m=38 mm Độ dẫn điện kém hơn sẽ tạo ra độ dốc dốc hơn và các chốt bằng thép không gỉ ngắn hơn. Tuy nhiên, thép không gỉ có điện trở cao hơn đồng và do đó sẽ tạo ra nhiều điện trở hơn ở điểm kết nối. Hầu hết các máy sưởi PFA loại đều sử dụng chân lạnh bằng đồng (mạ vàng hoặc niken) để có điện trở thấp và độ dài dài hơn.

Trên thực tế, một chốt nguội bằng đồng có chiều dài 70–100 mm (từ bề mặt PFA đến đầu) sẽ có nhiệt độ đầu nhọn cao hơn môi trường xung quanh 30–50 độ trong điều kiện hoạt động bình thường. Ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 30C, đầu phun có thể đạt tới 60{11}}80C -- vẫn vượt quá điểm sương trong hầu hết các trường hợp. Ở nhiệt độ môi trường xung quanh 10 độ trong môi trường lạnh giá, đầu có thể ở mức 40-50 độ - vẫn trên điểm sương với độ ẩm vừa phải (60-70% RH). Đối với cài đặt hơi khắc nghiệt, nên sử dụng chân dài hơn (120-150 mm). Đầu phải ở trên điểm sương của axit hoặc hơi hóa học có thể thấp tới 20-40 độ.

Độ dài chốt lạnh được khuyến nghị theo môi trường Môi trường Thành phần hơi nhiệt độ xung quanh điển hình Hơi hơi ăn mòn Điểm sương Chiều dài chốt lạnh tối thiểu (Đồng) Vật liệu chốt lạnh được khuyến nghị
Trong nhà (phòng điều khiển), khô ráo, sạch sẽ 20-30 độ Không có khói ăn mònN/A 50 mmĐồng, mạ niken
Sử dụng thông thường trong công nghiệp (không có hơi mạnh) 10 đến 40 độ Độ ẩm thấp, thỉnh thoảng có bụi 15 đến 25 độ 70 mm Đồng, mạ niken-
Dây chuyền mạ (sương axit: HCl, H₂SO₄) Sương axit, 30–80% 20–40 độ RH 30-45 độ (điểm sương axit) 100 mm Đồng, mạ vàng-(chống ăn mòn)
Clo hoặc tẩy trắng (Cl2, ClO2) 10-50 độ C Clo, ướt 35-55 độ C 120 mm Thép không gỉ (Cu ăn mòn trong Cl2) Dây khắc HF (sương axit hydrofluoric) 20-40 độ C Hơi HF, ăn mòn rất 25-40 độ C 100 mm Thép không gỉ hoặc Monel (Cu bị tấn công bởi HF)
Dịch vụ amoniac hoặc amin 10-30 độ Hơi NH3 15-25 độ (thấp) 70 mm Đồng (NH3 ăn mòn thép không rỉ)
Ngoài trời, khí hậu ôn hòa -10 đến 40 độ Độ ẩm môi trường, mưa Thay đổi 100 mm Đồng có hộp nối chịu được thời tiết
Ngoài trời, khí hậu lạnh -20 đến 30 độ Môi trường Dưới 0 độ (nước đá) 120 mm (có bộ sưởi trong hộp nối) Bộ sưởi khối đầu cuối cho đồng
Buồng sạch (dược phẩm, chất bán dẫn) 20–25 độ HEPA được lọc, khô<10°C 50–70 mm Copper, nickel plated
Ẩm ướt, nhiệt đới 25-35 độ, 90% RH Độ ẩm cao 30-33 độ 100 mm Đồng có hộp nối kín
Hậu quả của chiều dài chốt lạnh ngắn
Nếu chân lạnh quá ngắn (ví dụ:{1}} mm) đối với môi trường thì các thiết bị đầu cuối sẽ chạy mát (30-50C trong môi trường xung quanh 30C). Nếu nhiệt độ đầu cuối thấp hơn điểm sương thì hơi ẩm sẽ ngưng tụ trong không khí trên các đầu cực. Đối với nhiệt độ môi trường xung quanh là 30 độ và 80% RH, điểm sương là 26 độ. Các thiết bị đầu cuối ở 30 độ chỉ vượt quá điểm sương. Sự ngưng tụ sẽ tồn tại trên các thiết bị đầu cuối ở 28 độ. Trong các dây chuyền mạ có sương axit, hơi ẩm ngưng tụ sẽ hấp thụ HCl hoặc H₂SO₄, tạo ra dung dịch axit dẫn điện trên các đầu cực. Ăn mòn điện hóa diễn ra nhanh: các cực bằng đồng chuyển sang màu xanh lục hoặc đen, điện trở tiếp xúc tăng lên và cực bị nóng do tổn thất I2R. Đầu cuối bị ăn mòn có thể đạt nhiệt độ 100-200 độ, làm chảy lớp cách điện của dây và gây cháy điện hoặc sự cố chạm đất. Dữ liệu hiện trường của cơ sở mạ điện cho thấy rằng máy sưởi có chân lạnh nhỏ hơn 70 mm có tốc độ ăn mòn đầu cuối lớn hơn 5–10 so với những máy có chân 100 mm. Chân ngắn hỏng sau 12-24 tháng; chân dài tồn tại được 5-8 năm.

Bằng chứng từ việc kiểm tra chiều dài chốt nguội ngắn: sản phẩm ăn mòn màu xanh lá cây hoặc trắng trên các thiết bị đầu cuối, lớp cách điện dây bị đổi màu gần điểm nối, đai ốc hoặc điểm uốn của dây bị nóng chảy, hoạt động của bộ gia nhiệt không liên tục (kết nối nóng lên, điện trở tăng, bộ gia nhiệt tắt; kết nối nguội đi, điện trở giảm, bộ gia nhiệt bật).

NGÔN NGỮ QUY CÁCH MUA SẮM
Các kỹ sư chỉ định máy sưởi PFA nên chỉ định các yêu cầu về chốt nguội sau:

Chiều dài tối thiểu của chốt lạnh từ bề mặt phần lạnh PFA đến đầu cuối: ___ mm (điền theo môi trường: thông thường 70 mm, sương axit 100 mm, clo hoặc HF 120 mm, khí hậu lạnh ngoài trời 150 mm)

Chất liệu chốt lạnh: Đồng, mạ niken (tiêu chuẩn); đồng, mạ vàng (đối với sương mù axit); thép không gỉ 316 (đối với Cl2 hoặc HF); Monel (đối với HF có hàm lượng clorua cao)

Đường kính chốt lạnh. Độ dày tối thiểu này phải là 5 mm đối với đồng, 6 mm đối với thép không gỉ (để giữ được độ bền và khối lượng nhiệt)

Các chốt lạnh phải được bịt kín trong phần lạnh PFA bằng một con dấu đúc hoặc nén để ngăn chặn sự xâm nhập của hơi dọc theo giao diện của chốt.

Hộp nối phải được đặt với các đầu cuối cách đáy hộp ít nhất 20 mm (3/4 in.) để cho phép mọi chất ngưng tụ thoát ra khỏi các đầu nối.

Một phương án trang bị thêm khả thi cho các máy sưởi hiện có có chiều dài chốt nguội quá ngắn là kéo dài hộp nối bằng một miếng đệm (cao 50 đến 100 mm, được sản xuất bằng PVC, PP hoặc kim loại) để đẩy các đầu cuối ra xa thân PFA ấm. Miếng đệm tăng chiều dài chốt lạnh hiệu quả mà không cần sửa đổi bộ gia nhiệt. Tuy nhiên, miếng đệm phải được bịt kín vào phần lạnh PFA để ngăn hơi xâm nhập. Điều này ít đáng tin cậy hơn so với việc đặt độ dài chính xác ngay từ đầu nhưng có thể kéo dài tuổi thọ thêm 1-2 năm trong điều kiện không khắc nghiệt.

Kết luận: Tối thiểu 100 mm đối với môi trường có hơi nước mạnh
Đối với ứng dụng công nghiệp điển hình, chọn chiều dài chốt nguội của bộ gia nhiệt PFA không nhỏ hơn 70 mm. Đối với môi trường hơi khắc nghiệt (sương axit, clo, HF, amoniac) chỉ định chiều dài chốt lạnh 100-120 mm. Điều này sẽ ngăn chặn sự ăn mòn ngưng tụ trên các kết nối điện. Chân lạnh bằng đồng mạ niken hoặc vàng có điện trở thấp nhưng cần chiều dài dài hơn (100-150 mm) để cung cấp độ dốc nhiệt độ cần thiết. Các chân thép không gỉ ngắn hơn (phù hợp 40–70 mm) nhưng có điện trở cao hơn và cần thiết cho chế độ Cl2 và HF khi đồng bị ăn mòn. Các kỹ sư phải phù hợp với chiều dài, vật liệu và điều kiện môi trường của chốt lạnh. Chi phí tăng thêm của các chốt nguội dài hơn (chi phí vật liệu biên không đáng kể) là nhỏ so với chi phí ăn mòn đầu cực, lỗi kết nối và nguy cơ cháy nổ có thể xảy ra. Nếu một máy sưởi hoạt động bình thường trong 10 năm nhưng sau 2 năm lại bị hỏng điện do các cực bị ăn mòn thì đó không phải là máy sưởi loại tốt. Nó có một lỗi tiêu chuẩn pin lạnh. Kiểm tra độ dài của trạng thái. Kiểm tra máy sưởi tiếp nhận để tuân thủ. Chốt nguội là một bộ phận khiêm tốn nhưng có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy. Đừng chỉ để nó ở chế độ mặc định của nhà sản xuất.