Как правилно да посочите дължината на студения щифт на PFA нагревателя, за да предотвратите кондензната корозия на електрическите клеми?

Студените щифтове на PFA нагревател са металните клеми, които стърчат от горната част на студената секция (частта от нагревателя, която не е потопена) в съединителната кутия, където се правят електрическите връзки. Ако дължината на студения щифт е твърде къса, клемите са твърде близо до нагрятото PFA тяло. Ако клемите са под точката на оросяване, влагата в околния въздух ще кондензира върху клемите. Топлината, предавана нагоре по студените щифтове, ги поддържа топли -, но само ако щифтовете са достатъчно дълги, за да произведат топлинен градиент. Тъй като дължината на щифта е къса и студена, клемите се охлаждат, което насърчава кондензацията на корозивни пари от резервоара (киселинни мъгли, хлор, амоняк) върху електрическите връзки. Кондензираните химикали причиняват корозия на клемите, което води до повишено контактно съпротивление, нагряване и евентуално срутване на връзката. За повечето промишлени приложения минималната дължина на студения щифт е 70–100 mm от студената секция PFA до върха на терминала. За условия на враждебни пари (HCl, HF, Cl2, NH3) посочете 120-150 mm, за да сте сигурни, че клемите са над точката на оросяване.

Термичен градиент на студен щифт
Студеният щифт (обикновено никелирана мед или неръждаема стомана) идва от вътрешния нагревателен елемент, преминава през студената секция PFA и завършва в съединителната кутия. Основата на студения щифт (вградена в PFA) е при висока температура, обикновено 80–120 градуса, поради предаваната топлина от нагревателния елемент. Върхът на студения щифт (където са прикрепени проводниците) трябва да е на или близка до температурата на околната среда, за да се предпазят електрическите връзки. Промяната на температурата надолу по щифта се определя от уравнението за топлопроводимост. Температурният профил на щифта се доближава експоненциално до околната с характерна дължина λ=√ k × A h × P, където k е топлопроводимостта (≈ 400 W/mK за мед, 15 W/mK за неръждаема стомана), A е площта на напречното-сечение, h е загубата на топлина към околния въздух чрез конвекция (h ≈ 10-20 W/m2.K) и P е периметърът на щифта. За меден щифт с диаметър 6 mm A=28 mm2, P=19 mm, λ ≈ √ ( 400 x 2,8e-5 ) / ( 15 x 0,019 )=√ ( 0,0112 / 0,285 )=√ 0.039=0.20 m=200 mm . Необходима е дължина от около 200 mm, за да може щифтът да се охлади до температура, близка до околната. За неръждаема стомана (k=15 W/m. K) λ≈ √(15×2.8e-5/15×0.019)= √(0.00042/0.285)= √0.00147=0.038 m=38 mm По-малката проводимост дава по-стръмен градиент и неръждаемата стомана щифтовете са по-къси. Неръждаемата стомана обаче има по-високо електрическо съпротивление от медта и по този начин ще създаде повече омично нагряване при връзката. Повечето нагреватели от клас PFA използват медни студени щифтове (позлатени или никелирани) за ниско електрическо съпротивление и по-големи дължини.

Всъщност меден студен щифт с дължина 70–100 mm (от повърхността на PFA до върха) ще има температура на върха 30–50 градуса над околната среда при обикновени работни условия. При температура на околната среда 30C върхът може да достигне 60-80C -- все още над точката на оросяване за повечето ситуации. При температура на околната среда от 10 градуса в хладна среда, върхът може да е 40-50 градуса - все още над точката на оросяване с умерена влажност (60-70% RH). За сурови настройки на парата се препоръчват по-дълги щифтове (120-150 mm). Върхът трябва да е над точката на оросяване на киселината или химическите пари, която може да бъде толкова ниска, колкото 20-40 градуса.

Препоръчителни дължини на студения щифт според околната среда Типична температура на околната среда Състав на парите Корозивни пари Точка на оросяване Минимална дължина на студения щифт (мед) Препоръчителен материал на щифта
Вътрешно (контролна зала), сухо, чисто 20-30 градуса Без корозивни изпаренияN/A 50 mmМед, никелирана
Обща промишлена употреба (без агресивни изпарения) 10 до 40 градуса Ниска влажност, от време на време прах 15 до 25 градуса 70 mm Мед, никел-покритие
Линия за покритие (киселинни мъгли: HCl, H₂SO₄) Киселинни мъгли, 30–80% 20–40 градуса RH 30-45 градуса (киселинна точка на оросяване) 100 mm Мед, позлатено-(устойчиво на корозия)
Хлориране или избелване (Cl2, ClO2) 10-50 градуса C Хлор, мокър 35-55 градуса C 120 mm Неръждаема стомана (Cu корозира в Cl2) HF линия за ецване (мъгла от флуороводородна киселина) 20-40 градуса C HF пари, много корозивни 25-40 градуса C 100 mm Неръждаема стомана или монел (Cu атакуван от HF)
Обслужване с амоняк или амин 10-30 градуса NH3 пари 15-25 градуса (ниско) 70 mm Мед (NH3 корозира от неръждаема стомана)
Външен, умерен климат -10 до 40 градуса Влажност на околната среда, дъжд Променлива 100 мм мед с устойчива на атмосферни влияния съединителна кутия
Външен, студен климат -20 до 30 градуса Околна среда Под 0 градуса (лед) 120 mm (с нагревател в съединителната кутия) Нагревател на клемен блок за мед
Чиста камера (фармацевтична, полупроводникова) 20–25 градуса HEPA филтрирана, суха<10°C 50–70 mm Copper, nickel plated
Влажен, влажен, тропически 25-35 градуса, 90% RH Висока влажност 30-33 градуса 100 mm Мед със запечатана съединителна кутия
Последици от късата дължина на студения щифт
Ако студените щифтове са твърде къси (напр. . 30-50 mm) за околната среда, клемите ще работят охладени (30-50C при 30C околна среда). Ако температурата на терминала е по-ниска от точката на оросяване, тогава влагата кондензира от въздуха върху терминалите. За околна температура от 30 градуса и 80% относителна влажност, точката на оросяване е 26 градуса. Клемите при 30 градуса са малко над точката на оросяване. Конденз ще има на клемите при 28 градуса. В линиите за покритие с киселинни мъгли, кондензираната влага поема HCl или H₂SO₄, генерирайки проводим киселинен разтвор на клемите. Електрохимичната корозия е бърза: медните клеми стават зелени или черни, контактното съпротивление се повишава и клемите се нагорещяват поради I²R загуби. Корозирало завършване може да достигне температури от 100-200 градуса, да разтопи изолацията на проводника и да причини електрически пожар или заземяване. Полевите данни на съоръжението за галванопластика разкриват, че нагревателите със студени щифтове под 70 mm имат терминални скорости на корозия 5–10 по-високи от тези с 100 mm щифтове. Късите щифтове се провалят за 12-24 месеца; дългите щифтове оцеляват 5-8 години.

Доказателство от проверка на къса дължина на студения щифт: зелени или бели продукти на корозия на клемите, обезцветена изолация на проводника близо до връзката, разтопени гайки или гофрове на проводника, прекъсваща работа на нагревателя (връзката се нагрява, съпротивлението се увеличава, нагревателят се изключва; връзката се охлажда, съпротивлението пада, нагревателят се включва).

ЕЗИК НА СПЕЦИФИКАЦИЯТА НА ПОРЪЧКАТА
Инженерите, определящи PFA нагреватели, трябва да уточнят следните изисквания за студен щифт:

Минимална дължина на студения щифт от повърхността на студената секция PFA до върха на терминала: ___ mm (попълнете според околната среда: 70 mm общо, 100 mm киселинни мъгли, 120 mm хлор или HF, 150 mm външен студен климат)

Материал на студения щифт: Мед, никелиран (стандарт); мед, позлатен (за киселинни мъгли); неръждаема стомана 316 (за Cl2 или HF); Монел (за HF с високо съдържание на хлорид)

Диаметър на студения щифт. Това трябва да бъде поне 5 mm за мед, 6 mm за неръждаема стомана (за да се запази здравината и топлинната маса)

Студените щифтове трябва да бъдат запечатани в студената секция PFA с формовано или компресионно уплътнение, за да се предотврати проникването на пари по протежение на интерфейса на щифта.

Съединителната кутия трябва да бъде разположена с върхове на клеми най-малко 20 mm (3/4 инча) над дъното на кутията, за да позволи на конденза да се оттича от връзките.

Една възможна опция за преоборудване на съществуващи нагреватели с дължина на студения щифт, която е твърде къса, е да се удължи съединителната кутия с дистанционер (50 до 100 mm височина, произведен от PVC, PP или метал), който избутва клемите по-далеч от топлото PFA тяло. Разделителят увеличи ефективната дължина на студения щифт, без да променя нагревателя. Дистанционерът обаче трябва да бъде запечатан към студената част на PFA, за да се предотврати навлизането на пари. Това е по-малко надеждно от задаването на точната дължина от самото начало, но може да удължи живота с 1-2 години при неагресивни условия.

Заключение: Минимум 100 mm за среда с агресивни пари
За типично индустриално приложение изберете PFA нагревател с дължина на студения щифт не по-малко от 70 mm. За среда с тежки пари (киселинна мъгла, хлор, HF, амоняк) посочете дължина на студения щифт 100-120 mm. Това ще предотврати корозията на конденза по електрическите връзки. Никелирани или позлатени медни студени щифтове имат ниско електрическо съпротивление, но изискват по-големи дължини (100-150 mm), за да осигурят необходимия температурен градиент. Щифтовете от неръждаема стомана са по-къси (40–70 mm подходящи), но имат по-високо електрическо съпротивление и са необходими за работа с Cl2 и HF, когато медта е корозирала. Инженерите трябва да съобразят дължината, материала и условията на околната среда на студения щифт. Добавените разходи за по-дълги студени щифтове (незначителни пределни разходи за материал) са малки в сравнение с разходите за корозия на клемите, повреда на връзката и вероятна опасност от пожар. Ако един нагревател работи правилно в продължение на 10 години, но след това има електрическа повреда поради корозирали клеми след 2 години, тогава той не е нагревател с добър клас. Има стандартна повреда на студения щифт. Проверете дължината на държавата. Проверете приемащите нагреватели за съответствие. Студеният щифт е скромен елемент, който има голямо влияние върху надеждността. Не го оставяйте просто зададено по подразбиране на производителя.