Làm thế nào để dự đoán sự gia tăng dòng điện rò rỉ khi vỏ bọc PFA bị lão hóa trong hơi axit ướt ở 130 độ?

Điện trở cách điện của vỏ bọc giảm dần khi bộ gia nhiệt PFA bị lão hóa trong hơi axit ướt (HCl, H2SO4, HNO3 hoặc axit hỗn hợp ở 130 độ) và dòng điện rò tăng lên. Sự gia tăng được tăng tốc giống như phương trình Arrhenius-, dòng rò tăng gấp đôi sau mỗi 1000-2000 giờ tùy thuộc vào loại và nồng độ axit. Dòng rò của lò sưởi PFA mới ở 130 độ trong không khí khô là < 0,01 mA. Sau 2000 giờ trong hơi HCl ướt (nồng độ 30%, 130 độ), dòng rò có thể tăng lên 0,1–0,5 mA. Ở mức 5.000 giờ, nó có thể lên tới 1-5 mA, đạt mức ngắt GFCI thông thường (5-30 mA). Nếu bạn có thể dự đoán được mức tăng, bạn có thể thay thế nó trước khi nó gây ra sự cố vấp ngã hoặc ô nhiễm. Mô hình dự đoán xem xét tốc độ thâm nhập, độ dẫn axit và thời gian cần thiết để tạo ra lớp phủ dẫn điện ở bề mặt tiếp xúc PFA-kim loại.

Cơ chế dòng rò rỉ PFA lão hóa
Leakage currents travel from the metal heating element (120–480 VAC) to ground over two parallel paths: (1) through the PFA bulk (volume resistivity, ∼10¹⁶ Ω·cm for new PFA) and (2) along the PFA-metal contact (surface conductivity, modified by moisture and corrosion products). New PFA, volume resistivity >10^15 ohm-cm, dòng điện rò rỉ<0.001 micro-A-negligible. As the heater ages acid vapours infiltrate through the PFA wall (see Article #35 for HCl permeation rates. Acid will condense at the PFA–metal interface (if the interface temperature is below the dew point of the acid). The condensed acid provides a thin layer of electrolyte of conductivity based on acid concentration and temperature. The metal core corrodes slowly, and the metal ions that are produced increase the conductivity of the electrolyte. The leakage current is I=V/R where R decreases with increasing the conductive film.

Tốc độ tăng dòng điện rò bị chi phối bởi tốc độ thấm axit được điều chỉnh bởi định luật Fick. Tỷ lệ thâm nhập HCl qua 2 mm PFA ở 130 độ là 0,5–1,5 g/m2·ngày. Tổng lượng axit thẩm thấu trong 5000 giờ (208 ngày)=0.5–1,5 × 0,5 m2 (diện tích gia nhiệt trung bình) × 208=52–156 kg HCl tiếp cận giao diện-đủ để tạo thành lớp phủ dẫn điện.

Mô hình dự đoán dòng điện rò rỉ
Dữ liệu thực nghiệm từ thử nghiệm lão hóa tăng tốc (130 độ / hơi axit ướt/ vách PFA 2 mm) dẫn đến phương trình dự đoán sau I(t)=I ban đầu * exp(t/τ) trong đó τ (hằng số thời gian tăng gấp đôi dòng điện rò) thay đổi tùy theo loại axit:

Không khí khô (điều khiển): τ > 100 000 h (không tăng đáng kể)

HCl ướt (10–30 %) τ=1,500–2.500 giờ.

H2SO4 ướt (50-70%) τ=800-1500 giờ

HNO3 ướt (30-50%): τ=2,000-3.000 h

Axit hỗn hợp ướt (ví dụ nước cường toan): τ=500-1000 hr

HF ướt (10–50%) τ=1,000–2.000 giờ

t=2.000 giờ đối với bộ gia nhiệt PFA trong hơi HCl 30% ở 130 C. Dòng điện rò ở t=0 là 0,01 mA. Tại t=2.000 h I=0.01 × e 1=0.027 mA. Vào lúc t{13}}.000 giờ, tôi=0.01 exp(2)=0.074 mA. Vào lúc t{19}} giờ, I=0.01×exp(3)=0.20 mA. Tôi=0.01 × exp(5)=1.48 mA lúc t=10.000 giờ. Giá trị này vẫn thấp hơn giới hạn cắt 5-30 mA thông thường, cho thấy rằng việc cắt GFCI do rò rỉ giao diện khó có thể là chế độ lỗi đầu tiên. Thay vào đó, ban đầu có sự ăn mòn lõi hoặc cháy xém (xem Điều #65). Dòng điện rò rỉ chỉ là một yếu tố dự báo có liên quan nếu nó lớn hơn 0,5-1,0 mA, điều này cho thấy sự xuống cấp đáng kể của giao diện.

Dự đoán và giám sát thực tế
Đối với dịch vụ sử dụng hơi axit ướt, hãy xác định dòng điện rò rỉ cơ bản cho máy sưởi sau 100 giờ chạy (để ổn định khả năng hấp thụ độ ẩm ban đầu). Kiểm tra bằng máy kiểm tra GFCI hoặc megohmmet ở chế độ dòng rò. Ghi lại giá trị của nó (thường là 0,01 đến 0,10 mA). Chỉ số hàng quý. Vẽ trên giấy bán-log. Vẽ đường cong hàm mũ để dự đoán khi nào rò rỉ sẽ đạt tới 5 mA (hoặc mức báo động cho cơ sở của bạn). Chọn τ từ bảng trên cho axit cụ thể. Nếu đo được dự đoán (tăng nhanh), hãy kiểm tra bộ gia nhiệt xem có bị hư hỏng không.

Do đó, đối với lò sưởi có dòng rò đo được là 0,2 mA ở 4.000 giờ (dự đoán là 0,074 mA), tốc độ thực tế τ=4.000 / ln(0,2/0,01)=4.000 / ln(20)=4.000 / 3.0=1,333 giờ-nhanh hơn dự đoán. Máy sưởi này sẽ được thay thế để phòng ngừa trong vòng 2000 giờ tới.

Giảm thiểu để giảm sự gia tăng dòng điện rò rỉ
Để làm chậm sự gia tăng dòng rò:

Tốc độ thẩm thấu có thể giảm 40-60% bằng cách sử dụng vách PFA dày hơn (2,5-3,0 mm).

Giảm nhiệt độ hoạt động (tốc độ thẩm thấu giảm một nửa cho mỗi lần giảm 10 độ).

Giữ phần lạnh trên điểm sương để tránh ngưng tụ (xem Điều #67).

Thêm chất làm sạch nitơ (N 2 khô, 0,1–0,2 bar) vào phần làm mát để loại bỏ axit đã thấm trước khi ngưng tụ.

Theo Điều #87, chỉ định PFA đã ủ (độ kết tinh cao hơn, độ thấm thấp hơn).

Kết luận: Dòng điện rò trong HCl tăng gấp đôi sau mỗi 1.500 đến 2.500 giờ.
Dòng rò của bộ gia nhiệt PFA trong hơi axit ướt ở 130 độ tăng theo cấp số nhân theo thời gian. Hằng số thời gian nhân đôi là τ=1,500-2.500 giờ đối với HCl, 800-1.500 giờ đối với H 2 SO 4 và 500-1.000 giờ đối với axit hỗn hợp. Các phép đo dòng điện rò rỉ cứ sau 500–1.000 giờ sẽ cho phép dự báo tuổi thọ còn lại trước khi rò rỉ đạt đến mức tới hạn (5 mA cho hành trình GFCI, 1 mA cho cảnh báo sớm). Trong hầu hết các ứng dụng, tốc độ phát triển dòng điện rò là vừa phải và không gây ra tác động sớm của GFCI mà dẫn đến ăn mòn lõi hoặc cháy xém. Tuy nhiên, đối với chất lỏng có điện trở suất cao (nước DI, nước siêu tinh khiết), khi dòng điện rò rỉ 0,5 mA là không thể chấp nhận được thì dấu hiệu dự đoán sớm nhất về tình trạng hư hỏng vỏ bọc là giám sát dòng điện rò rỉ. Cung cấp thiết bị theo dõi rò rỉ liên tục với cảnh báo ở mức 0,5 mA. Dự đoán sự thay thế khi sự phù hợp theo cấp số nhân dự đoán 1,0 mA trong 2.000 giờ tiếp theo. Trước khi đi du lịch: theo dõi, lập mô hình, thay thế. Đó là bảo trì dự đoán.