Vận tốc hạt tối đa mà vỏ bọc PFA 1,5 mm có thể chịu được mà không bị ăn mòn là bao nhiêu?

Trong dịch vụ khai thác bùn mài mòn-, sản xuất chất màu, xử lý chất xúc tác-các hạt rắn bị cuốn vào chất lỏng chạm vào vỏ bọc bộ gia nhiệt PFA và dần dần làm xói mòn độ dày của thành. Đối với vỏ bọc PFA 1,5 mm (điển hình của máy sưởi công nghiệp nói chung), tốc độ hạt tối đa trước khi bị ăn mòn là hàm số của độ cứng, kích thước, nồng độ và góc va chạm của hạt. Đối với cát silic (độ cứng Mohs 7, đường kính trung bình 200 µm, 5% trọng lượng), vận tốc tối đa cho phép là 2,5–3,0 m/s trong thời gian sử dụng 2 năm (giả sử 8.000 giờ hoạt động/năm). Trên 3,5 m/s, độ xói mòn đạt tới 0,5 mm/năm và tường 1,5 mm sẽ giảm xuống dưới 1,0 mm trong 2 năm, khi khả năng thẩm thấu và hư hỏng cơ học có thể xảy ra. Đối với các hạt cứng hơn (alumina, Mohs 9), vận tốc tối đa giảm xuống còn 1,5–2,0 m/s. Đối với các hạt mềm hơn (đá vôi Mohs 3), vận tốc lên tới 5,0 m/s được cho phép. Tốc độ xói mòn được tính bằng E=k × vn trong đó n=2.5-3.5 đối với PFA.

Tính toán các ràng buộc vận tốc và tốc độ xói mòn
Tốc độ xói mòn PFA được xác định bởi E=C (v)^3,2 (d)^0,7 (H_p/H_t)^1,2 trong đó E tính bằng mm/năm, v là vận tốc tính bằng m/s, d là đường kính hạt tính bằng mm, H_p là độ cứng hạt tính bằng Mohs, H_t là độ cứng mục tiêu (PFA ~2,5 Mohs) và C là hằng số phụ thuộc nồng độ-. Đối với cát silic (d=0.2 mm, H p =7) ở mức 2 wt %, C là khoảng 0,015. Với tốc độ v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/năm. Xói mòn=0.68 mm trong 2+ năm (16000 giờ) Bắt đầu từ 1,5 mm, độ dày còn lại=0.82 mm - ở giới hạn cho dịch vụ đáng tin cậy (khuyến nghị tối thiểu 0,8-1,0 mm). Tại v=3.0 m/giây, E=0.015 x (3,0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 mm/năm, 1,20 mm trong 2 năm, chỉ 0,30 mm-không thể chấp nhận được. Vì vậy vận tốc an toàn tối đa cho tuổi thọ 2 năm với tường 1,5 mm là 2,7 m/s đối với nhóm hạt này.

C ~ 0,025 đối với alumina (H_p=9, d=0.1 mm, nồng độ=1%) Tại v=1.8 m/s, E=0.025 × (1,8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/năm, 0,51 mm trong 2 năm, để lại 0,99 mm - có thể chấp nhận được. Ở v=2.0 m/s, E=0.025 × (2,0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/năm, 0,60 mm trong 2 năm, để lại 0,90 mm – cận biên nhưng có thể chấp nhận được. Tại v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 mm/năm , 1,13 mm trong 2 năm , còn lại 0,37 mm-không thể chấp nhận được

Vận tốc hạt tối đa theo vật liệu (Tuổi thọ 2 năm, Tường 1,5mm)
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 Canxi cacbonat (đá vôi) 3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
Natri clorua (tinh thể muối) 2.5 200–500 4.0–4.5 0.20–0.25 1.00–1.10
Quặng đồng (chalcopyrit) 3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
Quặng sắt (haematit) 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0,90
Cát silic (Thạch anh) 7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
Cát silic 7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
Hạt thủy tinh 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00 Alumina (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1,00
Cacbua silic (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
Zirconia (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
Tro bay (hỗn hợp) 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00
Ý nghĩa thực tiễn và biện pháp giảm nhẹ
Đối với các hệ thống lắp đặt hiện có, hãy đo tốc độ dòng chảy cục bộ qua bộ gia nhiệt bằng ống pitot hoặc máy đo lưu lượng siêu âm. Điểm đo được đặt cách bề mặt của thiết bị gia nhiệt 50 mm ở phía thượng nguồn vì do dòng chảy co lại, vận tốc cao hơn 1,5–2,5 lần so với vận tốc của bể chứa lớn. Nếu vận tốc được ghi lại cao hơn mức tối đa của loại hạt, hãy thực hiện hành động khắc phục: (1) Lắp bộ làm lệch dòng-(tấm đục lỗ) 50 đến 100 mm về phía dòng vào của lò sưởi để giảm thiểu vận tốc cục bộ. Một bộ làm lệch hướng được chế tạo chính xác có thể giảm vận tốc ở lò sưởi từ 40-60%. (2) Tăng độ dày thành lò sưởi lên 2,5–3,0 mm, giúp tăng vận tốc cho phép lên 30–50% với cùng mức cho phép xói mòn. (3) Giảm tốc độ bơm hoặc sử dụng động cơ có tần số thay đổi để giảm tốc độ tuần hoàn. (4) Thay đổi hướng của bộ gia nhiệt: Bộ gia nhiệt thẳng đứng có dòng chảy song song với trục bộ gia nhiệt có khả năng bị xói mòn ít hơn đáng kể (theo hệ số 5-10) so với bộ gia nhiệt nằm ngang vuông góc với dòng chảy. Đối với dịch vụ phun bùn, bộ gia nhiệt chỉ nên được lắp theo chiều dọc và dòng chảy phải hướng trục dọc theo chiều dài của bộ gia nhiệt chứ không phải theo chiều ngang.

Vỏ bọc PFA 1,5 mm đã được sử dụng trong điều kiện mài mòn phải được đo độ dày hàng năm. Sử dụng máy đo siêu âm để thực hiện các phép đo ở ba độ cao khác nhau và ở bốn vị trí khác nhau xung quanh chu vi. Nếu độ mỏng lớn hơn 0,2 mm/năm thì vận tốc vượt quá giới hạn an toàn. Lập kế hoạch thay thế ở độ dày còn lại 1,0 mm và thực hiện các bước giảm tốc độ khi vận hành vỏ bọc của bộ gia nhiệt thay thế. 1.5 mm có độ dày dưới 1,0 mm có nguy cơ bị thủng bất ngờ, ô nhiễm bể và lỗi nối đất.

Kết luận: Tối đa 2,5-3,0 m/s đối với cát silic
2,5-3,0 m/giây là vận tốc hạt tối đa mà không bị hư hỏng do ăn mòn đối với lớp vỏ PFA 1,5 mm trong bùn cát silic (Mohs 7, 100-200 mm, nồng độ 2-5%) trong 2 năm hoạt động liên tục. Xói mòn là trên 0,5 mm/năm với vận tốc ngày càng tăng và làm giảm độ dày thành dưới mức tối thiểu chấp nhận được là 0,8 −1,0 mm sau 2 năm. Đối với các hạt cứng hơn (alumina, SiC), tốc độ tối đa giảm xuống còn 1,5-2,0 m/s. Vận tốc lên tới 4,5 m/s được cho phép đối với các hạt mềm hơn (đá vôi, muối). Các kỹ sư cần đo vận tốc cục bộ chứ không phải tốc độ dòng chảy lớn. Khi tốc độ xử lý được yêu cầu vượt quá mức tối đa đối với loại hạt, hãy chỉ định thành PFA dày hơn (2,5-3,0 mm) hoặc thực hiện các biện pháp để giảm tốc độ. Vỏ bọc 1,5 mm chỉ dành cho bùn hạt mềm, nồng độ thấp hoặc tốc độ thấp. 1.5 mm không phù hợp cho dịch vụ hạt cứng tốc độ cao, bất kể chất lượng thiết kế nào khác hiện có. Thành 1,5 mm là độ dày công nghiệp điển hình nhất, tuy nhiên nó thường là sự lựa chọn kém trong nhiệm vụ mài mòn. Chỉ định sau khi tính toán tốc độ xói mòn. Đi dày hơn khi nghi ngờ. Xói mòn là tàn nhẫn.