Tại sao thiết bị sưởi PFA có bề mặt bên ngoài mịn có thể chống nứt trong hơi amoniac có độ tinh khiết cao-tốt hơn thiết bị có kết cấu?

PFA có mức độ từ trung bình đến rất cao đối với độ tinh khiết của hơi amoniac (NH3) ở mức 50–100 độ, gây ra hiện tượng nứt do ứng suất môi trường (ESC) của polyme dưới ứng suất kéo. Bề mặt nhẵn bên ngoài (Ra < 0,2 µm) có khả năng chống nứt cao hơn 3-5 lần so với bề mặt có kết cấu (Ra > 0,8 µm) ở cùng ứng suất và tiếp xúc với amoniac. Quá trình này là sự tập trung ứng suất: các bề mặt có kết cấu có các đỉnh và rãnh cực nhỏ là những tác nhân gây ứng suất. Với tải trọng tác dụng (giãn nở nhiệt, áp suất, ứng suất dư), đáy thung lũng sẽ là nơi tập trung ứng suất với giá trị Kt là 2{14}}5x. Ở những vị trí có áp suất cao này, hơi amoniac hấp thụ tốt hơn, làm giảm năng lượng bề mặt của hệ thống cần thiết để hình thành các vết nứt. Bề mặt nhẵn không có bộ tập trung ứng suất; ứng suất được áp dụng là đồng đều và dưới ứng suất tới hạn đối với ESC. Đối với dịch vụ hơi amoniac, cần cung cấp bề mặt PFA mịn, được đánh bóng hoặc ép đùn.

Amoniac gây ra nứt ứng suất môi trường
Amoniac không phản ứng hóa học với PFA (không phân cắt chuỗi hoặc oxy hóa ở nhiệt độ dưới 120 độ). Nó thực sự là một tác nhân gây nứt ứng suất. Các phân tử amoniac rất nhỏ (đường kính động học 0,26 nm) và rất phân cực. Chúng phân tán thành các vùng PFA vô định hình và phá vỡ tương tác van der Waals giữa các chuỗi. Vùng dẻo hóa amoniac{6}} bị biến dạng cục bộ dưới ứng suất kéo (ít nhất là 2-3 MPa) và tạo thành vùng nhiệt độ cao. Cơn sốt trở thành một vết nứt. Nồng độ ứng suất tại các đặc điểm bề mặt làm giảm ứng suất tới hạn đối với ESC trong amoniac từ 3–5 MPa đối với PFA mịn xuống chỉ còn 1–2 MPa đối với PFA có kết cấu. Một lò sưởi có ứng suất dư 4 MPa (do làm mát bằng đùn) có thể tồn tại trong amoniac nếu trơn tru, nhưng sẽ vỡ sau vài tuần nếu có kết cấu.

Độ nhám bề mặt tạo thành các vết khía. Đối với rãnh hình chữ V-có độ sâu d và bán kính đáy r, hệ số tập trung ứng suất Kt ≈ 1+2√ dr . Đối với bề mặt có kết cấu điển hình (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm), chúng ta nhận được Kt ≈ 1 + 2√(2/0.5)=1 + 2√4=1 + 4=5. Ứng suất danh nghĩa 4 MPa được tăng lên 20 MPa tại gốc rãnh-vượt quá giới hạn chảy của PFA. Các vết nứt bắt đầu trong vài giờ.

Khả năng chống nứt so với độ nhám bề mặt Hơi NH3 (80 độ, 1 bar)
Điều kiện bề mặt Ra (µm) Kt (tối đa) 4 MPa Ứng suất Vết nứt thứ nhất (giờ) Ứng suất tới hạn ESC (MPa)Loại lỗi
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10.000 (không có vết nứt) 5–6 Không (trong giới hạn kiểm tra)
Đùn (mịn) 0,2 đến 0.3 1.3 đến 1.5 5,000 đến 8,000 4 đến 5Đẩy, ổn
Như được ép đùn (bình thường) 0.4-0.6 1.8-2.2 1,500-3,000 3-4 Nhiều vết nứt nhỏ
Phun cát (tinh) 0,8–1.2 3–5 200–500 1.5–2,5 Vết nứt chiếm ưu thế đơn
Phun cát (thô) 1,5–2.5 5–8 50–150 1.0–1,5 Nứt nhanh
Được gia công (dấu dao) 0,5–1,5 (định hướng) 4–10 20–100 0.5–1,0 Các vết nứt dọc theo dấu dao
Ăn mòn hóa học 0,6–1.0 2–4 300–800 2–3 Nứt vừa phải
Bề mặt nhẵn: Tại sao chúng quan trọng đối với dịch vụ Amoniac
Ngoài nồng độ ứng suất, các bề mặt phẳng còn có ít vị trí hấp phụ amoniac hơn. Các phân tử amoniac ưu tiên ngưng tụ ở các khe nứt nhỏ (ngưng tụ mao dẫn). Amoniac ngưng tụ có nồng độ lớn hơn và thời gian tiếp xúc dài hơn, làm tăng tốc độ dẻo hóa. Bề mặt nhẵn, không có kẽ hở-làm giảm sự hấp thụ amoniac và do đó bề mặt polyme vẫn khô ở mức vừa phải.

Bề mặt nhẵn cũng giúp phát hiện bất kỳ vết nứt nào hình thành trước đó. Trên bề mặt gồ ghề, những vết nứt nhỏ bị chôn vùi trong bề mặt gồ ghề; khi chúng lộ rõ ​​thì chúng rất sâu. Một vết nứt nhỏ khoảng 0,1 mm có thể được nhìn thấy dưới ánh sáng tốt trên bề mặt nhẵn để có thể thay thế trước khi hỏng hóc.

Chuẩn bị bề mặt dịch vụ amoniac
Đối với máy sưởi PFA dùng cho dịch vụ hơi amoniac, hãy chỉ định:

Bề mặt hoàn thiện: Ra 0,3 µm được xác định bằng máy đo biên dạng theo tiêu chuẩn ISO 4287.

Không chà nhám hoặc tạo hạt sau khi ép đùn.

Xác minh: Yêu cầu chứng minh độ nhám bề mặt cho từng lô sản xuất.

Đánh bóng loại bỏ 0,05-0,1 mm PFA, do đó làm giảm độ dày của tường. Việc đánh bóng có thể làm cho lớp vỏ quá mỏng đối với bức tường 1,5 mm. Tốt hơn nên xác định trơn tru ngay từ đầu.

Ví dụ trường