În exploatarea nămolului abraziv-, producția de pigmenți, manipularea catalizatorului-particulele solide antrenate în fluid afectează mantaua încălzitorului PFA, erodând treptat grosimea peretelui. Pentru o manta PFA de 1,5 mm (obișnuită în încălzitoarele industriale generale), viteza maximă a particulelor fără defecțiune erozivă depinde de duritatea particulelor, dimensiunea, concentrația și unghiul de impact. Pentru nisipul siliciu (duritate Mohs 7, 200 µm diametru mediu, 5% concentrație în greutate), viteza maximă sigură este de 2,5–3,0 m/s pentru o durată de viață de 2 ani (presupunând 8.000 de ore de funcționare pe an). Peste 3,5 m/s, eroziunea depășește 0,5 mm/an, reducând peretele de 1,5 mm la sub 1,0 mm în decurs de 2 ani, moment în care permeația și defecțiunea mecanică devin probabile. Pentru particulele mai dure (alumină, Mohs 9), viteza maximă scade la 1,5–2,0 m/s. Pentru particulele mai moi (calcar, Mohs 3), sunt acceptabile viteze de până la 5,0 m/s. Rata de eroziune urmează E=k × v^n, unde n=2.5–3,5 pentru PFA.
Calculul ratei de eroziune și limitele de viteză
Viteza de eroziune a PFA este descrisă de E=C × (v)^3,2 × (d)^0,7 × (H_p/H_t)^1,2, unde E este mm/an, v este viteza (m/s), d este diametrul particulei (mm), H_p este duritatea particulelor (Mohs), H_t este duritatea țintă (Mohs), CPF este ~2. constant-dependentă de concentrație. Pentru nisip siliciu (d=0.2 mm, H_p{=7) la o concentrație de 2% în greutate, C ≈ 0,015. La v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/an. Peste 2 ani (16.000 ore), eroziune=0.68 mm. Începând de la 1,5 mm, grosimea rămasă=0.82 mm{-la limita pentru service fiabil (se recomandă minim 0,8–1,0 mm). La v=3.0 m/s, E=0.015 × (3,0)^{3.2=0.015 × 39.8=0.60 mm/an, 1,20 mm peste 2 ani, lăsând doar 0,30 mm-inacceptabil. Viteza maximă sigură pentru o viață de 2 ani cu un perete de 1,5 mm este, prin urmare, de 2,7 m/s pentru acest set de particule.
Pentru alumină (H_p=9, d=0.1 mm, concentrație 1%), C ≈ 0,025. La v=1.8 m/s, E=0.025 × (1,8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/an, 0,51 mm timp de 2 ani, rămânând 0,99 mm-acceptabil. La v=2.0 m/s, E=0.025 × (2,0)^{3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/an, 0,60 mm pe 2 ani, rămânând 0,90 mm-marginal, dar acceptabil. La v=2.5 m/s, E=0.025 × 22.6=0.565 mm/an, 1,13 mm timp de 2 ani, rămânând 0,37 mm-inacceptabil.
Viteza maximă a particulelor în funcție de material (perete de 1,5 mm, durată de viață de 2 ani)
| Material de particule | Duritate (Mohs) | Dimensiune tipică (µm) | Viteza maximă (m/s) pentru 2 ani de viață | Rata de eroziune la viteza maximă (mm/an) | Grosimea rămasă după 2 ani (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Pelete de polimer (HDPE, PP) | 1–2 | 2,000–5,000 | >5.0 | <0.10 | >1.3 |
| Carbonat de calciu (calcar) | 3 | 100–300 | 4.5–5.0 | 0.18–0.22 | 1.06–1.14 |
| Clorura de sodiu (cristale de sare) | 2.5 | 200–500 | 4.0–4.5 | 0.20–0.25 | 1.00–1.10 |
| Minereu de cupru (calcopirită) | 3.5–4 | 100–200 | 3.5–4.0 | 0.25–0.30 | 0.90–1.0 |
| minereu de fier (hematit) | 5–6 | 100–200 | 2.8–3.2 | 0.35–0.45 | 0.80–0.90 |
| Nisip siliciu (cuarț) | 7 | 100–200 | 2.5–3.0 | 0.34–0.50 | 0.80–1.00 |
| Nisip de siliciu | 7 | 200–400 | 2.2–2.7 | 0.40–0.60 | 0.70–0.90 |
| margele de sticla | 5–6 | 100–300 | 3.0–3.5 | 0.30–0.45 | 0.80–1.00 |
| Alumină (Al₂O₃) | 9 | 50–100 | 1.8–2.2 | 0.30–0.50 | 0.80–1.00 |
| Carbură de siliciu (SiC) | 9.5 | 50–150 | 1.2–1.5 | 0.45–0.70 | 0.60–0.80 |
| zirconiu (ZrO₂) | 8 | 50–100 | 1.5–2.0 | 0.40–0.60 | 0.70–0.90 |
| cenusa zburatoare (mixta) | 5–6 | 50–150 | 3.0–3.5 | 0.30–0.45 | 0.80–1.00 |
Implicații practice și atenuare
Pentru instalațiile existente, măsurați viteza debitului local prin încălzitor folosind un tub Pitot sau un debitmetru cu ultrasunete. Poziționați punctul de măsurare la 50 mm de suprafața încălzitorului pe partea din amonte, deoarece viteza aici este cu 1,5–2,5 ori mai mare decât viteza rezervorului în vrac din cauza constrângerii debitului. Dacă viteza măsurată depășește maximul pentru tipul de particule, luați măsuri corective: (1) Instalați un deflector de flux (placă perforată) la 50–100 mm în amonte de încălzitor pentru a reduce viteza localizată. Un deflector bine proiectat-poate reduce viteza încălzitorului cu 40–60%. (2) Creșteți grosimea peretelui încălzitorului la 2,5–3,0 mm, ceea ce crește viteza permisă cu 30–50% pentru aceeași toleranță de eroziune. (3) Reduceți viteza pompei sau instalați o unitate de frecvență variabilă pentru a reduce viteza de circulație. (4) Schimbați orientarea încălzitorului: un încălzitor vertical cu debit paralel cu axa sa suferă o eroziune mult mai mică (cu un factor de 5-10) decât un încălzitor orizontal perpendicular pe debit. Pentru serviciul de nămol, montați întotdeauna încălzitoarele vertical, cu debitul care se mișcă axial de-a lungul lungimii încălzitorului, nu transversal.
Pentru tecile PFA de 1,5 mm deja în serviciu abraziv, măsurarea anuală a grosimii este obligatorie. Utilizați un manometru cu ultrasunete la trei înălțimi și patru poziții circumferențiale. Dacă subțierea depășește 0,2 mm/an, viteza este peste limita de siguranță. Programați înlocuirea când grosimea rămasă ajunge la 1,0 mm și implementați măsuri de reducere a vitezei pentru încălzitorul de schimb. Utilizarea unei mantale de 1,5 mm sub o grosime de 1,0 mm riscă perforarea bruscă, contaminarea băii și defectarea la pământ.
Concluzie: 2,5–3,0 m/s maxim pentru nisipul de silice
Pentru o înveliș de 1,5 mm PFA în suspensie de nisip siliciu (Mohs 7, 100–200 µm, concentrație 2–5%), viteza maximă a particulelor fără defecțiune erozivă pe 2 ani de funcționare continuă este de 2,5–3,0 m/s. La viteze mai mari, eroziunea depășește 0,5 mm/an, reducând grosimea peretelui sub minimul sigur de 0,8–1,0 mm în decurs de 2 ani. Pentru particulele mai dure (alumină, SiC), viteza maximă scade la 1,5–2,0 m/s. Pentru particulele mai moi (calcar, sare), sunt acceptabile viteze de până la 4,5 m/s. Inginerii trebuie să măsoare viteza locală, nu să se bazeze pe debitele în vrac. Dacă viteza de proces necesară depășește maximul pentru tipul de particule, specificați un perete PFA mai gros (2,5–3,0 mm) sau implementați măsuri de reducere a vitezei. O înveliș de 1,5 mm este potrivită numai pentru șlamuri cu-viteză mică,-concentrație scăzută sau-particule moi. Pentru serviciul de-viteză mare-particule dure, 1,5 mm este inadecvat, indiferent de alte caracteristici de proiectare. Peretele de 1,5 mm este cea mai comună grosime industrială, dar în serviciul abraziv, este adesea o alegere greșită. Calculați rata de eroziune înainte de a specifica. Dacă aveți îndoieli, mergeți mai gros. Eroziunea nu iartă.
