Sebuah loji kimia kehilangan pemanas rendaman PTFE dalam tangki penyaduran nikel selepas hanya tujuh bulan beroperasi. Sarungnya menunjukkan corak retakan halus yang bersilang di sepanjang bahagian bawah yang dipanaskan. Keretakan tidak tertumpu pada tepi atau garis cecair. Mereka diedarkan di seluruh kawasan yang berhadapan dengan saluran masuk edaran semula tangki. Pam edaran loji telah diprogramkan untuk menghidupkan dan mematikan kitaran setiap lima belas minit untuk menjimatkan tenaga. Setiap kitaran pam mengenakan kejutan haba pada permukaan pemanas.
Keretakan kejutan terma berlaku apabila permukaan pemanas rendaman PTFE mengalami perubahan suhu yang cepat yang melebihi keupayaan polimer untuk menampung terikan yang terhasil. Retakan terbentuk kerana permukaan mengembang atau mengecut lebih cepat daripada bahan asas. Lama kelamaan, tekanan kitaran menyebabkan retak keletihan.
Bagaimana Berbasikal Pam Mencipta Kejutan Terma
Apabila pam edaran sedang berjalan, halaju bendalir pada permukaan pemanas adalah tinggi. Lapisan sempadan adalah nipis, dan pemindahan haba adalah cekap. Suhu permukaan sarung kekal dalam 10–15 darjah cecair pukal.
Apabila pam berhenti, halaju bendalir pada permukaan pemanas turun kepada hampir sifar. Lapisan sempadan menebal, dan kecekapan pemindahan haba runtuh. Suhu permukaan sarung meningkat, kadangkala sebanyak 20–30 darjah dalam beberapa minit. Pengembangan haba PTFE meningkat.
Apabila pam dimulakan semula,-aliran halaju tinggi menyejukkan permukaan dengan cepat. Kontrak PTFE. Logam asas, yang tidak disejukkan dengan cepat, mengekang pengecutan. PTFE mengalami tekanan tegangan. Kitaran berulang pemanasan dan penyejukan menyebabkan keletihan retak.
| Tempoh Kitaran Pam | Permukaan ΔT Semasa Kitaran Luar | Permukaan ΔT Semasa Kitaran | Amplitud Tekanan | Masa untuk Retak |
|---|---|---|---|---|
| 30 minit hidup/mati | 15–20 darjah | 10–15 darjah | Sederhana | 18–30 bulan |
| 15 minit hidup/mati | 20–30 darjah | 15–20 darjah | tinggi | 8–16 bulan |
| 10 minit hidup/mati | 25–35 darjah | 18–25 darjah | Sangat tinggi | 4–10 bulan |
| 5 minit hidup/mati | 30–45 darjah | 20–30 darjah | Teruk | 2–6 bulan |
Kekerapan berbasikal pam dan kesannya terhadap keretakan kejutan haba
Mengapa Retak Tertumpu Berdekatan Salur Masuk
Retakan terbentuk di tempat renjatan haba paling teruk-kawasan yang menghadap salur masuk edaran semula. Apabila pam dimulakan semula, aliran masuk mencecah terus pada kawasan itu. Permukaan di sana menyejuk lebih cepat daripada seluruh pemanas. Kecerunan terma antara kawasan yang terjejas dan permukaan sekeliling menghasilkan tegasan tertinggi.
Keretakan pada pemanas yang gagal tertumpu pada jalur kira-kira 150 mm lebar, berpusat pada laluan aliran masuk. Selebihnya pemanas menunjukkan hanya perubahan warna permukaan kecil.
Perbezaan Antara Kejutan Terma dan Keletihan Terma
Kejutan terma dan kelesuan terma adalah berkaitan tetapi berbeza. Kelesuan terma berlaku apabila pemanas berkitar antara dua suhu dalam tempoh yang lama. Perubahan suhu setiap kitaran adalah sederhana, dan tekanannya rendah. Keretakan berkembang dengan perlahan, selalunya selama bertahun-tahun.
Kejutan terma berlaku apabila perubahan suhu setiap kitaran adalah besar dan cepat. Tekanannya tinggi, dan keretakan berkembang dengan cepat. Keretakan selalunya lebih teruk dan lebih meluas daripada keletihan haba.
Mencegah Retak Kejutan Terma
Pencegahan yang paling berkesan adalah untuk mengelakkan perubahan pantas dalam aliran pada permukaan pemanas. Pam yang berjalan secara berterusan menghapuskan kitaran kejutan haba. Jika penjimatan tenaga diperlukan, pam kelajuan-bolehubah yang mengekalkan aliran minimum adalah lebih baik daripada pam hidup/mati.
Jika kitaran pam tidak dapat dielakkan, tempoh kitaran hendaklah cukup lama untuk membolehkan suhu permukaan pemanas menstabilkan antara kitaran. Kitaran 30 minit mengenakan tekanan yang kurang daripada kitaran 10 minit. Tempoh kitaran minimum bergantung pada jisim haba pemanas dan tangki.
Pemanas dengan sarung PTFE yang lebih tebal dan ketumpatan watt yang lebih rendah mempunyai lebih banyak jisim haba dan suhu permukaan yang lebih rendah. Ia bertindak balas dengan lebih perlahan kepada perubahan aliran dan mengalami tekanan kejutan haba yang lebih rendah.
| Langkah Pencegahan | Kesan pada Kejutan Terma | Perlaksanaan | kos |
|---|---|---|---|
| Operasi pam berterusan | Menghapuskan kitaran kejutan | Perubahan operasi | Kos tenaga |
| Pembolehubah-pam kelajuan | Mengekalkan aliran minimum | Naik taraf pam | Sederhana |
| Tempoh kitaran yang lebih panjang | Amplitud tegasan yang lebih rendah | Kawal perubahan | rendah |
| Ketumpatan watt yang lebih rendah | Suhu permukaan yang lebih rendah | Reka bentuk pemanas | Sederhana |
| Sarung yang lebih tebal | Lebih banyak jisim haba | Reka bentuk pemanas | Sederhana |
Langkah-langkah pencegahan untuk retak kejutan haba
Apabila Retak Kejutan Terma Menunjukkan Masalah Reka Bentuk
Pemanas yang mengalami retak kejutan haba walaupun operasi pam berterusan menunjukkan bahawa reka bentuk pemanas atau susun atur tangki menghasilkan tegasan terma setempat. Konfigurasi pemanas rendaman PTFE tersuai dengan ketumpatan watt yang lebih rendah, sarung yang lebih tebal dan kedudukan{1}}aliran yang dioptimumkan menangani punca renjatan terma. Proses spesifikasi memerlukan jadual operasi pam, halaju aliran pada pemanas, kimia mandi dan watt yang diperlukan. Untuk kemudahan dengan peredaran terputus-putus, pendekatan khusus-aplikasi ini mengurangkan keretakan kejutan haba dan memanjangkan hayat perkhidmatan pemanas.
