Γιατί πρέπει να αποφεύγετε τη χρήση μεταλλικών σφιγκτήρων σωλήνων απευθείας στο ψυχρό τμήμα ενός θερμαντήρα PFA σε υγρά περιβάλλοντα;

Το ψυχρό τμήμα ενός θερμαντήρα PFA, δηλαδή η περιοχή πάνω από τη γραμμή υγρού όπου το περίβλημα πολυμερούς καλύπτει τον ηλεκτρικό τερματισμό, φαίνεται μηχανικά σταθερό και αδιαπέραστο από περιβαλλοντικές επιθέσεις. Αλλά σε υγρές συνθήκες, οι μεταλλικοί σφιγκτήρες σωλήνων που σφίγγονται απευθείας σε αυτό το ψυχρό τμήμα δίνουν μια προβλεπόμενη σειρά αστοχιών. Ο σφιγκτήρας ασκεί τοπική συμπιεστική δύναμη στο PFA, το οποίο παρουσιάζει ιξωδοελαστικό ερπυσμό σε θερμοκρασία δωματίου. Το PFA ρέει μακριά από τον σφιγκτήρα για εβδομάδες έως μήνες, μειώνοντας τη δύναμη σύσφιξης και δημιουργώντας ένα μικροσκοπικό κενό. Ο υγρός αέρας εισέρχεται σε αυτό το άνοιγμα και συμπυκνώνεται στο ψυχρότερο μεταλλικό άκρο μέσα. Η υγρασία που παγιδεύεται στη μόνωση οδηγεί σε ηλεκτρικό εντοπισμό, μείωση της αντίστασης μόνωσης και τελικά προβλήματα γείωσης. Η μέθοδος αποτυχίας είναι λεπτή. Ο θερμαντήρας λειτουργεί τακτικά έως ότου το ρεύμα διαρροής ξεπεράσει το όριο διακοπής, πολλούς μήνες μετά την τοποθέτηση του σφιγκτήρα.

Μηχανική χαλάρωσης ερπυσμού και σχηματισμού χάσματος
Το PFA έχει συντελεστή εφελκυσμού περίπου 600–800 MPa στις 20–40 μοίρες, αλλά σέρνεται αισθητά υπό συνεχή θλιπτική τάση. Ένας συμβατικός σφιγκτήρας εύκαμπτου σωλήνα μετάδοσης κίνησης ατέρμονος-σφιχτός με ροπή 2–3 N·m ασκεί πίεση επαφής 5–10 MPa στην επιφάνεια του PFA, η οποία υπερβαίνει σημαντικά τη μακροπρόθεσμη αντοχή σε θλίψη του πολυμερούς. Ο κύριος ερπυσμός του PFA κάτω από τη ζώνη του σφιγκτήρα συμβαίνει κατά τις πρώτες 24 ώρες μετά την εγκατάσταση του σφιγκτήρα και οδηγεί σε απώλεια πάχους 0,1 έως 0,3 mm. Ο επόμενος δευτερεύων ερπυσμός, με πιο αργό ρυθμό, συμβαίνει για 500 έως 1.000 ώρες (3 έως 6 εβδομάδες) που οδηγεί σε συνολική μείωση του πάχους από 0,3 έως 0,8 mm, ανάλογα με τη θερμοκρασία και την υγρασία. Αυτό το ερπυσμό δεν είναι αναστρέψιμο. Η ταινία σύσφιξης είναι από ανοξείδωτο χάλυβα ή ανθρακούχο χάλυβα με επίστρωση ψευδαργύρου και δεν θα σέρνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια της δύναμης σύσφιξης. Ο σφιγκτήρας, ο οποίος σφίχτηκε αρχικά για να παρέχει μια αδιάβροχη στεγανοποίηση, χαλαρώνει αρκετά ώστε να κινείται ελεύθερα στο περίβλημα PFA μετά από 2–4 μήνες συντήρησης σε υγρασία.

Το κενό κάτω από τον σφιγκτήρα δεν είναι ομοιόμορφο. Ο μέγιστος ερπυσμός εμφανίζεται κοντά στις άκρες της ζώνης του σφιγκτήρα, δημιουργώντας ένα κωνικό διάκενο που λειτουργεί ως τριχοειδές φυτίλι. Ο θερμικός κύκλος (η ψυχρή περιοχή θερμαίνεται όταν ο κινητήρας λειτουργεί και κρυώνει όταν δεν λειτουργεί) απορροφά υγρό αέρα σε αυτό το κενό και εναποθέτει υγρασία. Ένας μεμονωμένος κύκλος 24 ωρών σχετικής υγρασίας 80% στους 30 βαθμούς με τη θερμάστρα ενεργοποιημένη για 8 ώρες μπορεί να φέρει 0,5–1,0 χιλιοστόγραμμα νερού στο κενό. Σε περισσότερους από 100 κύκλους, η υγρασία συσσωρεύεται στις ηλεκτρικές επαφές στην ψυχρή περιοχή. Η ίδια η θήκη PFA είναι αδιαπέραστη στο ψυχρό τμήμα (θερμοκρασίες < 60 μοίρες), ωστόσο το κενό κάτω από τον σφιγκτήρα επιτρέπει μια άμεση διαδρομή γύρω από το φράγμα πολυμερούς.

Ηλεκτρική Παρακολούθηση & Βλάβη Μόνωσης
Η ηλεκτροχημική παρακολούθηση ξεκινά όταν η υγρασία περάσει τον σφιγκτήρα (ο οποίος μπορεί να γειωθεί εάν αγγίξει τη δεξαμενή) στον εσωτερικό μεταλλικό τερματισμό. Ρεύμα διαρροής ρέει μέσω του φιλμ υγρασίας όταν υπάρχει εφαρμοζόμενη τάση (120-480 VAC). Ακόμα κι αν το ρεύμα διαρροής είναι συνεχές στα 0,5 mA, οδηγεί σε τοπική θέρμανση που ανθρακοποιεί τους οργανικούς ρύπους στην επιφάνεια του PFA. Οι διαδρομές με άνθρακα έχουν χαμηλότερη αντίσταση, επομένως το ρεύμα αυξάνεται και η διαδικασία επιταχύνεται. Η μονωτική αντίσταση μεταξύ του θερμαντικού στοιχείου και του εδάφους μειώνεται από > 1.000 MΩ σε < 10 MΩ μετά από 200 έως 500 ώρες από την πρώτη διείσδυση υγρασίας. Ένας διακόπτης κυκλώματος σφάλματος γείωσης (GFCI) ενεργοποιείται με διαρροή 5-30 mA, απενεργοποιώντας τον θερμαντήρα. Σε εγκαταστάσεις που δεν προστατεύονται από το GFCI, το ρεύμα διαρροής μπορεί να παραμείνει έως ότου ο μεταλλικός σφιγκτήρας ή ο ακροδέκτης διαβρωθεί σε σημείο που να δημιουργηθεί ανοικτό κύκλωμα ή κίνδυνος πυρκαγιάς.

Το πρόβλημα είναι πιο σοβαρό στις εγκαταστάσεις ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και χημικής επεξεργασίας, όπου η υγρασία του περιβάλλοντος είναι πάνω από 70% και επικρατούν άλατα ή όξινη ομίχλη. Η γεφύρωση υγρασίας στο μεταλλικό άκρο επιταχύνει τη διάβρωση του μεταλλικού τερματισμού από ιόντα χλωρίου από γειτονικά λουτρά επιμετάλλωσης. Ο ίδιος ο σφιγκτήρας από ανοξείδωτο χάλυβα δεν θα διαβρωθεί, αλλά οι ακροδέκτες από χαλκό ή νικέλιο μέσα στην ψυχρή περιοχή θα διαβρωθούν γρήγορα παρουσία χλωριούχου-υγρασίας. Η εξέταση των θερμαντήρων που απέτυχαν με αυτόν τον μηχανισμό δείχνει πάντα πράσινα προϊόντα διάβρωσης χαλκού στο άκρο και μια λευκή ή καφέ εναπόθεση στην εσωτερική επιφάνεια του PFA κάτω από τη θέση του σφιγκτήρα-άμεσες ενδείξεις διείσδυσης υγρασίας στο σημείο του σφιγκτήρα.

Εναλλακτικές λύσεις για τη μέθοδο τοποθέτησης άμεσου μεταλλικού σφιγκτήρα Μηχανική ασφάλεια Αξιοπιστία στεγανοποίησης υγρασίας Καταλληλότητα για υγρά περιβάλλοντα
Μεταλλικός σφιγκτήρας εύκαμπτου σωλήνα ευθεία σε PFA Μέτρια (αρχική) Κακή (σπάει μετά από ερπυσμό) Δεν είναι κατάλληλο
Λωρίδα, PFA/PTEE-με επένδυση με μεταλλικό σφιγκτήρα Μέτρια (λιγότερο ερπυσμό) Μέτρια (η επένδυση μειώνεται αλλά δεν εξαλείφει το κενό) Οριακό. έλεγχος ανά τρίμηνο.
Σφιγκτήρας (PVDF ή PFA) πλαστικό Μέτριο (χαμηλό ερπυσμό σε PFA) Μέτριο (πλαστικό-σε-πλαστικό θα μειώσει τη διαρροή τριχοειδών) Μέτρια υγρασία
Compression fitting with elastomeric seal (e.g., EPDM or FKM)HighExcellent (seal accommodates creep)Recommended for >70% RH
Θερμοσυστελλόμενος σωλήνας πάνω από σφιγκτήρα, αυτοκόλλητη επένδυση Χαμηλή (μόνο σφράγιση) Καλή (πρώτα) Η θερμοσυστελλόμενη σέρνεται, με την πάροδο του χρόνου χάνει τη σφράγιση
Μπότα PFA χυτευμένη ή υπερκαλουπωμένη με τερματισμό HighExcellent (δεν απαιτείται μηχανική σύσφιξη) Ιδανικό για υψηλή υγρασία και πλύσιμο
Ανοξείδωτος σφιγκτήρας με μαξιλάρι σιλικόνης (2 mm) Υψηλή Καλή (30-50% συμπίεση μαξιλαριού, απορρόφηση ερπυσμού) Συνιστάται. αλλαγή μαξιλαριού ετησίως
Βέλτιστες πρακτικές για εγκατάσταση σε υγρές συνθήκες
Εάν ο θερμαντήρας PFA πρόκειται να τοποθετηθεί σε υγρασία περιβάλλοντος μεγαλύτερη από 60% για περισσότερες από 1000 ώρες ετησίως, οι προδιαγραφές θα πρέπει να περιορίζουν τους άμεσους μεταλλικούς σφιγκτήρες σωλήνων στο κρύο μέρος του θερμαντήρα PFA. Μια χυτευμένη φλάντζα PFA ή εξάρτημα συμπίεσης που κατανέμει το φορτίο σε μεγάλη περιοχή (τουλάχιστον πλάτος 20 mm) και χρησιμοποιεί ελαστομερές σφράγισμα (FKM ή EPDM) που διατηρεί τη συμπίεση παρά τον ερπυσμό PFA είναι ο προτιμώμενος τρόπος στερέωσης βραχιόνων ή βραχιόνων στήριξης. Τρεις μετριασμούς μειώνουν την πιθανότητα αστοχίας εάν ένας σφιγκτήρας είναι αναπόφευκτος. Τοποθετήστε ένα μαξιλάρι από καουτσούκ πυριτίου πάχους 1-2 mm κάτω από όλο το πλάτος της ταινίας σύσφιξης. Η ελαστική ανάκτηση του μαξιλαριού (60–80% συμπίεση) αντισταθμίζει τον ερπυσμό του PFA για 12–18 μήνες. Δεύτερον, πριν τοποθετήσετε το επίθεμα, εφαρμόστε ένα μικρό στρώμα διηλεκτρικού γράσου (με βάση-σιλικόνη) στην επιφάνεια του PFA. το γράσο κλείνει τις μικροσκοπικές ρωγμές και αναστέλλει την απομάκρυνση της υγρασίας. Τρίτον, μετά το σφίξιμο, σφραγίστε τις άκρες της ταινίας του σφιγκτήρα με σιλικόνη RTV ωρίμανσης{18}}για να δημιουργήσετε ένα δευτερεύον φράγμα κατά της εισόδου υγρού αέρα. Κανένας από αυτούς τους μετριασμούς δεν είναι τόσο καλός όσο η απλή αφαίρεση του μεταλλικού σφιγκτήρα. Καθορίστε ενσωματωμένα στηρίγματα στερέωσης ή φλάντζες που εξαλείφουν τυχόν προσάρτηση με σφιγκτήρα στο ψυχρό τμήμα για νέες προδιαγραφές θερμαντήρα. Το επαυξητικό κόστος ενός διαμορφωμένου βραχίονα (20-50)istrivialσε σύγκριση με τοcostofagroundfaultfailurethatsutsdownaprocesslinefor fourhours(20-50)istrivialσε σύγκριση με τοcostofagroundfaultfailurethout shutsdownprocesslineforfourhours2,0000-1).

Συμπέρασμα: Σφιγκτήρες υποκλίνονται σε ερπυσμό και υγρασία σε συνδυασμό
Οι μεταλλικοί σφιγκτήρες εύκαμπτων σωλήνων που έρχονται σε επαφή με το ψυχρό μέρος ενός θερμαντήρα PFA αποτυγχάνουν σε υγρές ρυθμίσεις όταν το PFA γλιστράει υπό παρατεταμένη συμπίεση αφήνοντας ένα κενό που απομακρύνει την υγρασία στον ηλεκτρικό τερματισμό. Η διάγνωση είναι δύσκολη, καθώς η αποτυχία εμφανίζεται συνήθως 3-12 μήνες μετά την εγκατάσταση. Ο χειριστής θα αντικαταστήσει συνήθως τη θερμάστρα χωρίς να διαγνώσει τον σφιγκτήρα ως τη βασική αιτία και θα ακολουθήσει μια σειρά αστοχιών. Η λύση είναι να καθορίσετε-ανάρτηση χωρίς σφιγκτήρα με χυτευμένες φλάντζες, εξαρτήματα συμπίεσης με ελαστομερή σφράγιση ή πλαστικούς σφιγκτήρες που μιμούνται τη συμπεριφορά ερπυσμού του PFA. Ενώ η διάρκεια ζωής μιας υπάρχουσας εγκατάστασης μπορεί να παραταθεί αντικαθιστώντας τους μεταλλικούς σφιγκτήρες με σφιγκτήρες{11}}σιλικόνης με επένδυση και σφράγιση των άκρων, ο κίνδυνος δεν εξαλείφεται. Σε οποιοδήποτε σημείο όπου η σχετική υγρασία είναι συνεχώς πάνω από 70%, οποιοσδήποτε σφιγκτήρας στο κρύο τμήμα θα πρέπει να θεωρείται ως προσωρινό εξάρτημα που θα πρέπει να αντικαθίσταται κάθε 12 μήνες ανεξάρτητα από την εμφανή του κατάσταση. Η καλύτερη μακροπρόθεσμη{12}}λύση είναι να παρέχεται από τον κατασκευαστή του θερμαντήρα ενσωματωμένα διαμορφωμένα χαρακτηριστικά στερέωσης, ώστε να μην απαιτούνται σφιγκτήρες τοποθετημένοι στο πεδίο.