چگونه می توان عمر مفید باقیمانده یک بخاری PFA را پس از خشک شدن مکرر-حوادث آتش سوزی در ایستگاه شستشو پیش بینی کرد؟

هیترهای غوطه وری محصور شده PFA در ایستگاه های شستشو در پردازش مرطوب نیمه هادی، خطوط آبکاری و فرآیندهای تمیز کردن دقیق برای حفظ دمای حمام بین 60 درجه تا 90 درجه استفاده می شود. تخلیه مخازن، بارگذاری جزئی و چرخش سیستم سرریز معمول است و باعث تغییرات نامنظم سطح مایع در این ایستگاه ها می شود. هنگامی که سطح مایع کمتر از طول بخاری فعال باشد، غلاف PFA خنک‌کننده اصلی خود را از دست می‌دهد و به حالت آتش{4} خشک می‌رود. بخاری‌های با روکش PFA نشانگر حرارت بیش از حد قابل رویت فوری را ندارند که بخاری‌های با روکش فلزی هنگام کار خشک با درخشان شدن قرمز نشان می‌دهند. در طول عملیات خشک، فلوروپلیمر در داخل گرم می شود و دمای سطح بیرونی از 90-100 درجه معمولی به 250-300 درجه در عرض 60-120 ثانیه افزایش می یابد. هر رویداد آتش سوزی خشک{14} باعث آسیب تجمعی به لایه PFA می شود: استرس ناشی از انبساط گرما، تجزیه مولکولی، و ایجاد حفره های میکروسکوپی. برای پیش‌بینی عمر مفید باقی‌مانده پس از حوادث متعدد، لازم است که شدت هر رویداد آتش‌سوزی خشک{16} ارزیابی شود و یک مدل تجمع بر اساس سینتیک تخریب آرنیوس اعمال شود.

خشک-رویدادهای آتش سوزی مکانیسم های آسیب حرارتی
PFA یکپارچگی مکانیکی خود را تا حدود 260 درجه برای قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت حفظ می کند، اما قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بالای 260 درجه باعث سه مکانیسم تخریب می شود. اولین مورد، بریدگی حرارتی ستون فقرات پلیمری است. بالاتر از 280 درجه، پیوندهای کربن-فلوئور با سرعت قابل تشخیص شروع به شکستن می‌کنند و در نتیجه قطعات-مولکولی- کم وزنی ایجاد می‌کنند که از ماتریکس پلیمری پخش می‌شوند. این روش میانگین وزن مولکولی PFA را کاهش می دهد و استحکام کششی و ازدیاد طول آن را در هنگام شکست ضعیف می کند. تحقیقات ترموگراویمتری آزمایشگاهی نشان داد که PFA در 300 درجه می‌تواند به میزان 0.5{14}}1.0 درصد از جرم آن در هر ساعت تبخیر شود. نشان داده شده است که مقاومت ماده در برابر انتشار شکستگی با یک آتش سوزی خشک 10 دقیقه‌ای در دمای 310 درجه کاهش می‌یابد که باعث کاهش وزن مولکولی حدود 5 تا 8 درصد می‌شود. مرحله دوم اکسیداسیون هر گروه انتهایی باقیمانده یا آلاینده های پردازش است. اگرچه PFA در مقایسه با هیدروکربن‌ها در برابر اکسیداسیون بسیار مقاوم است، اما دمای بسیار بالایی که در طی پخت خشک به دست می‌آید به اکسیژن محیط اجازه می‌دهد تا با انتهای زنجیره‌های ناپایدار واکنش داده و کربونیل فلوراید و گونه‌های دیگری تولید کند که تجزیه بیشتر را کاتالیز می‌کنند. این لایه اکسیداسیون به صورت یک تغییر رنگ زرد روشن-قهوه ای روی سطح ظاهر می شود، معمولاً در 2-3 چرخه اول آتش سوزی خشک.

سومین و مضرترین مسیر از نظر ساختاری از طریق تشکیل فضای خالی از مواد فرار باقیمانده است. PFA حاوی رطوبت کمیاب (100{4}}500 ppm) است که از محیط جذب می‌شود و مقدار کمی از حلال‌های تولیدی به دام افتاده است. در عملیات غوطه ور معمولی، این مواد فرار در ماتریس پلیمری حل می شوند. در آتش خشک{10}}افزایش سریع دما باعث می‌شود که رطوبت در فشارهای بیشتر از قدرت تسلیم پلیمر به بخار تبدیل شود و حفره‌های کروی کوچکی با قطر متوسط ​​5 تا 20 میکرومتر ایجاد کند. این حفره ها تنش های مکانیکی را در طول چرخه حرارتی بعدی متمرکز می کنند و به عنوان محل شروع شکستگی عمل می کنند. میکروسکوپ الکترونی روبشی غلاف‌های PFA پس از سه آتش سوزی خشک 5 دقیقه‌ای در 280 درجه، غلظت‌های فضای خالی 100 تا 300 در هر میلی‌متر مربع را در یک سوم داخلی ضخامت دیواره، نزدیک‌ترین به هسته گرمایش فلز، نشان داد. هر جای خالی سطح مقطع باربری موثر را کاهش می دهد و همچنین به عنوان افزایش دهنده تنش عمل می کند. همانطور که چگالی فضای خالی از حدود 500 فضای خالی در میلی متر مربع افزایش می یابد، عمر خستگی مواد در طول چرخه حرارتی از 10000 سیکل به کمتر از 500 سیکل کاهش می یابد.

کمیت خسارت برای هر حادثه آتش سوزی خشک-
همه{0}}وقوعات آتش سوزی خشک یک ویرانی ایجاد نمی کنند. نرخ زوال توسط حداکثر دمای غلاف به دست آمده و دوره زمانی صرف شده بالاتر از آستانه بحرانی دیکته می شود. در مورد بخاری استاندارد کپسوله‌شده PFA{3}}که با سرعت 5 وات بر سانتی‌متر مربع در یک حمام آب 80 درجه کار می‌کند، دمای غلاف به دنبال یک منحنی قابل پیش‌بینی وقتی از مایع خارج می‌شود، افزایش می‌یابد. در 30 ثانیه اول عملیات خشک سطح خارجی از 80 درجه به 180 درجه افزایش می یابد. دما از 180 درجه به 260 درجه از 30 تا 90 ثانیه افزایش می یابد. پس از 90 ثانیه دما به محدوده ذوب PFA (305-315 درجه) نزدیک می شود و حفاظت از دمای بیش از حد داخلی بخاری باید فعال شود. یک رویداد آتش سوزی خشک{20}در 30 ثانیه (درجه حرارت اوج<180°C) causes little permanent damage, since the PFA remains far below its thermal breakdown threshold. A 30-60 s (peak temperature 180-240°C) event results in modest annealing of residual stress but little chain scission or void formation. The destructive regime begins after 60 seconds dry operation when the surface temperature is higher than 260°C. Based on the Arrhenius model, the acceleration factor for the degradation of PFA is around 12 for every 20°C increase above 260°C. In practice, a dry-fire event at 300°C for 2 minutes results in about identical cumulative degradation as 24 minutes at 260°C.

شاخص آسیب آتش سوزی خشک (DDI) معیاری عملی برای مقایسه رویدادها ارائه می دهد. نوردهی DDI=t ×exp[(T peak -T ref )/T 0 ] که در آن T ref =260 درجه، T 0 =18 درجه (بر اساس انرژی فعال سازی تخریب حرارتی PFA) و نوردهی t زمان بیش از 200 درجه در ساعت است. برای یک رویداد منفرد با اوج T=280 درجه به مدت 5 دقیقه (0.083 ساعت)، DDI=0.083 × exp[(20)/18]=0.083 × 3.04=0.25. یک رخداد شدیدتر، در 310 درجه به مدت 10 دقیقه (0.167 ساعت) منجر به DDI expresion {12}x30} می‌شود {{20} x 16.0=2.67. آزمایش عمر تسریع شده 50 بخاری در چرخه‌های آتش خشک{26} کنترل‌شده نشان می‌دهد که آستانه DDI تجمعی قبل از خرابی حدود 15 تا 20 برای غلاف PFA 1.5 میلی‌متری معمولی در سرویس ایستگاه شستشو است. هیچ تخریب سطح آشکاری در مقادیر تجمعی DDI زیر 5 وجود ندارد و ویژگی‌های مکانیکی هنوز در 90٪ مقادیر اولیه است. تغییر رنگ سطح بین DDI 5 و 12 مشاهده می شود، ازدیاد طول در هنگام شکست 30-50٪ کاهش می یابد و شروع شکست پس از 1000-2000 چرخه حرارتی بیشتر انتظار می رود. اگر DDI بالاتر از 15 باشد، بخاری در شرایط پرخطری قرار دارد که در آن هر گونه تنش حرارتی اضافی، از جمله چرخه برق معمولی، ممکن است از طریق ترک خوردن دیوار و نشت الکتریکی ایجاد شود.

روش‌هایی برای تخمین عمر باقی‌مانده پس از یک رویداد آتش‌سوزی خشک
دقیق‌ترین پیش‌بینی عمر باقی‌مانده بخاری که خشک شده-و هیچ سندی از حادثه ندارد، آزمایش مخرب یک واحد قربانی است. غلاف PFA را به صورت محیطی در سه نقطه برش دهید: در وسط طول گرم شده، 5 سانتی متر از انتهای سرد، و در هر مکانی که تغییر رنگ دارد. مقطع را با بزرگنمایی 50 تا 100 برابر مشاهده کنید. فضاهای خالی را در هر میلی متر مربع در نیمه داخلی ضخامت دیوار بشمارید. چگالی فضای خالی زیر 50 حفره بر میلی متر مربع نشان دهنده آسیب انباشته متوسط ​​است (DDI < 5). چگالی 50 تا 200 حفره بر میلی متر مربع مربوط به آسیب متوسط ​​است (DDI 5-12). چگالی بالاتر از 200 حفره/mm2 مربوط به آسیب زیاد است (DDI > 12). همچنین، پس از برداشتن خم‌های درجه‌ای از هسته فلزی. 180 روی PFA، با آسیب اولیه یا کم، بدون شکستن در اطراف سنبه 5 میلی‌متری، روی نواری به عرض 10 میلی‌متر از مواد غلاف تست خمش را انجام دهید. شکستگی مواد با آسیب متوسط ​​بعد از خمش 90 تا 120 درجه. مواد با آسیب زیاد شکستگی زمانی که بیش از 30-45 درجه خم می شود.

ارزیابی در محل می‌تواند با آزمایش میدانی غیرمخرب انجام شود. با این حال، دقت آزمایش میدانی کمتر است. با استفاده از یک مگاهم متر، مقاومت عایق الکتریکی بین المنت گرمایش و زمین را در ولتاژ 500 ولت DC اندازه گیری کنید. مقاومت عایق بخاری جدید PFA (خشک) بالای 1000 MΩ است. این توسط فضاهای میکروسکوپی و محصولات تجزیه کربنی شده پس از آسیب آتش خشک کاهش می یابد. خوانش بین 100 تا 500 مگا اهم نشان دهنده آسیب متوسط ​​است، اگرچه سیستم را می توان با نظارت اضافی به طور ایمن استفاده کرد. اگر قرائت بین 10 تا 100 M باشد؟ خسارت گسترده است و شکست قریب الوقوع است. اگر خوانش کمتر از 10 MΩ باشد، بخاری باید فوراً تعویض شود، زیرا ممکن است حفاظت از زمین{18}به طور قابل اعتمادی در چنین مقادیری فعال نشود. در طول آزمایش برق کنترل‌شده{20}، از یک تصویرگر حرارتی با بخاری در موقعیت نیمه غوطه‌ور تا سطح مشخصی استفاده کنید. دمای سطح بخش خشک{22}}را با دمای قسمت مجاور که در رویدادهای قبلی زیر آب بود مقایسه کنید. اختلاف دما بیشتر از 15 درجه سانتیگراد در همان ورودی توان نشان دهنده انتقال حرارت کمتر به دلیل تجمع فضای خالی یا تخریب سطح است. این اختلاف دما را در طول زمان بررسی کنید، افزایش 5 درجه در ماه به معنای افزایش تخریب است.

راهنمای ارزیابی و جایگزینی تجمعی خسارت
جدول زیر یک چارچوب تصمیم گیری برای بخاری های PFA در ایستگاه های شستشو با سابقه آتش سوزی خشک ثبت شده یا تخمین زده شده، نتایج تست تشخیصی و اهمیت فرآیند ارائه می دهد. همه توصیه‌ها بر این است که بخاری فاقد هرگونه آسیب فیزیکی آشکار، مانند سوختن یا ترک خوردن باشد.

خشک مستند شده-سابقه آتش‌سوزی یا مقاومت عایق تجمعی DDI (500 V DC) چگالی خالی (حفره‌ها/mm²) اقدام توصیه‌شده و عمر باقی‌مانده مورد انتظار
هیچ آتش‌سوزی خشک-یا منفردی وجود ندارد<30 seconds (DDI < 1) >1,000 MΩ <20 Normal operation Life expectancy is greater than 20,000 operating hours. Special monitoring: None.
1-3 پالس هر کدام 30-90 ثانیه (DDI 1-5) 500-1000 MΩ 20-50 به دویدن ادامه دهید.