Как дебелината на стената на обвивката от неръждаема стомана 316 влияе върху скоростта на външно замърсяване от полимеризираща среда в електрически потопяеми нагреватели за резервоари за смола и лепило?

Външното замърсяване, натрупването-на полимеризиран материал върху повърхността на обвивката, е постоянен и скъп проблем за инженерите по химически процеси, работещи с електрически потопяеми нагреватели при производството на смоли, производството на лепила и обработката на полимери. Замърсяващите слоеве функционират като топлоизолатори и намаляват ефективността на топлообмена. Нагревателят ще трябва да работи при повишени вътрешни температури на проводника. Замърсяването при критична дебелина може да доведе до прегряване и повреда на нагревателя, което може да наложи спиране на резервоара и почистване. Степента на замърсяване на обвивката от неръждаема стомана 316 се влияе от дебелината на стената чрез два механизма: температурата на повърхността при определена плътност на вата и топлинната реакция по време на цикъла на почистване. По-дебелите стени работят по-горещо при същата изходна мощност, което може да ускори полимеризационното замърсяване, но също така позволява по-висока толерантност към често механично почистване. Тази статия оценява връзката между дебелината на стената на обвивката 316, температурата на повърхността и степента на замърсяване в полимеризиращата среда и дава предложения за избор на нагряване на смола и резервоар за лепило.

Полимеризационно замърсяване върху 316 повърхности: Влияние на температурата
Много смолисти и адхезивни системи претърпяват полимеризация чрез свободни-радикални или кондензационни процеси, които са експоненциално зависими от температурата. Съотношението на Арениус показва, че скоростта на полимеризация върху нагрята повърхност обикновено се удвоява за всяко повишаване на температурата с 10-15 градуса. Скоростта на полимеризационно замърсяване върху повърхността на обвивката при 100 градуса в ненаситена полиестерна смола при температура на обема от 80 градуса е около 0,1 mm/седмица за обвивка 316. На повърхността при 120oC скоростта се изкачва до 0,4 mm всяка седмица. При 140 градуса това е 1,5 mm/седмично - достатъчно бързо, за да замърси напълно нагревателя за един месец. Решаващият праг на температурата на повърхността за повечето полимеризиращи среди е приблизително 15-25 градуса над температурата на насипната смола. Под това ниво замърсяването е постепенно и контролирано. Над него замърсяването протича с голяма бързина. По-дебелата обвивка 316 създава по-висока температура на повърхността за дадена плътност на вата. По този начин нагревателите с дебели-стени при една и съща обемна температура и мощност са по-склонни към бързо замърсяване от нагревателите с тънки стени.

Как дебелината на стената влияе върху цикъла на почистване от замърсяване
Дебелината на стената на обвивката влияе както върху лекотата на почистване, така и върху риска от повреда на обвивката, ако се извършва периодично почистване (обикновено на всеки 2–4 седмици). Почистването на тънко-стенни обвивки под 1,0 mm е по-лесно, тъй като замърсяващият слой е по-тънък по време на почистване, тъй като по-ниската температура на повърхността намалява степента на замърсяване. Механичните почистващи процедури като изстъргване, четкане или водни струи под високо налягане обаче могат да повредят тънките стени, като ги пробият или пробият. Обвивките, по-дебели от 1,8 mm, имат дебели стени и не се увреждат от тежко механично почистване, но се замърсяват по-бързо и образуват по-дебели, по-устойчиви отлагания, които се отстраняват по-трудно. Следователно идеалната дебелина на стената за полимеризираща среда е компромис между това да е достатъчно дебела, за да издържи на почистване, и достатъчно тънка, за да поддържа температурата на повърхността под прага за бързо замърсяване. Този оптимум е в диапазона от 1,2 mm до 1,6 mm за повечето приложения на смола.

Препоръчителна дебелина на стената за обслужване на полимеризираща среда
Следващата таблица изброява препоръчителната дебелина на стената на обвивката 316 за електрически потопяеми нагреватели за резервоари за лепило и лепило въз основа на температурата на насипната среда, прогнозираната степен на замърсяване и техниката на почистване.

Температура на насипната среда Степен на полимеризация при насипна температура Препоръчителна плътност във ватове Препоръчителна 316 Дебелина на стената Повърхностна температура на обвивката при препоръчителна дебелина Очаквана степен на замърсяване Препоръчителен метод за почистване
20 – 40 градуса (студен старт, бавно втвърдяване) Много ниска 8 – 12 W/cm2 1.0 – 1,4 mm 40 – 60 градуса < 0,05 mm/седмица Само химическо промиване 40 – 60 градуса (топло, леко втвърдяване) Ниска 6 – 10 W/cm2 1.2 – 1,6 mm 60 – 80 градуса 0,05 – 0,15 mm/седмица Химическа или мека четка 60 – 80 градуса (активно втвърдяване) Умерена 4 – 8 W/cm2 1.4 – 1,8 mm 80 – 100 градуса 0,15 – 0,40 mm/седмица Химическа и механична 80 – 100 градуса (бързо втвърдяване) Висока 3 – 6 W/cm2 1.6 – 2,0 mm 100 – 120 градуса 0,40 – 1,00 mm/седмица Често химическо почистване 100 – 120 градуса (много бързо втвърдяване) Много високо 2 – 4 W/cm² 1,8 – 2,5 mm 120 – 140 градуса 1,00 – 2,50 mm/седмица Изисква специално незалепващо покритие
>120 градуса Много висока Под 2 W/cm2 Не се препоръчва Над 140oC Бърза повреда Смяна на парно или външно отопление
При температури на насипната среда над 100 градуса не се препоръчва активна полимеризация за обвивки от неръждаема стомана 316, независимо от дебелината на стената. Температурата на повърхността, необходима за получаване на практически ватови плътности, неизбежно ще бъде над прага за бързо замърсяване. В тези ситуации инженерите може да поискат външно отопление на резервоара (или кожуси, или намотки) или промяна на обвивка с незалепващо покритие. PTFE или флуорополимерни покрития върху 316 обвивки могат да осигурят повърхност с ниска-енергия, към която полимеризираните материали не залепват здраво и могат да намалят степента на замърсяване със 70–90%. Покритията обаче добавят разходи и могат да ограничат максималната работна температура до 200–260 градуса, в зависимост от вида на покритието.

Промени в дизайна за минимизиране на замърсяването без увеличаване на дебелината на стената
Показани са три подобрения на дизайна, които намаляват степента на замърсяване без увеличаване на дебелината на стената в случаите, когато тънкостенна обвивка от 316 под 1,2 mm е желателна за топлинна реакция в полимеризиращи течности. Първият е да се подобри циркулацията върху повърхността на нагревателя. Чрез увеличаване на скоростта на флуида от стационарна до 0,5 m/s, температурата на повърхността може да бъде намалена с 10–15 градуса за същата плътност на вата, поради подобрения коефициент на топлопреминаване от страна на флуида-. По-ниската температура на повърхността пряко влияе върху скоростта на полимеризация. Втората промяна е нагревателят да работи с по-голяма плътност на вата, вместо да работи непрекъснато с по-ниска плътност на вата. Нагревател от 12 W/cm², издържащ 5 минути включен и 10 минути изключен, може да има същата средна мощност като нагревател, работещ непрекъснато при 8 W/cm², но пиковата повърхностна температура е по-висока. Работата при висока температура може всъщност да засили замърсяването, така че периодичната работа е от полза само ако времето за изключване- позволява на обвивката да се охлади под прага на полимеризация, така че да се предотврати натрупването-на отлагания. Последната промяна е да се полира повърхността на обвивката до огледален блясък от по-малко от 0,2 микрона Ra. По-гладките повърхности се почистват по-лесно, тъй като полимерите имат по-малко места за образуване на ядра, към които да се придържат. Електрополирането на обвивките 316 може да намали нивата на замърсяване с 20-40% в сравнение с-намачканите покрития. В приложения, където замърсяването е неприемливо за критични приложения, инженерите трябва да посочат дизайн с двойна-обвивка с подвижна външна втулка. Външната втулка, изработена от тънко-стена 316 или незалепващ материал с покритие, събира замърсяването и може да се сменя често, без да се изоставя целият нагревател. Тази техника има предварителни разходи, но намалява-дългосрочните оперативни разходи при обслужване със силно замърсяване. Винаги питайте производителя на нагревателя за прогнозираната температура на повърхността за исканата плътност на вата и дебелина на стената, когато определяте нагреватели за полимеризираща среда. Сравнете тази температура с установения праг на полимеризация за конкретната смола или лепило. Разлика от 10 градуса може да бъде разликата между шест месеца безпроблемна работа и седмично спиране на почистването.