چرا ممکن است یک بخاری PFA نصب شده به صورت افقی، حلقه های خوردگی موضعی را سریعتر از یک واحد عمودی ایجاد کند؟

بخاری‌های PFA افقی در مخازن آبکاری و مواد شیمیایی همیشه حلقه‌های خوردگی موضعی-باندهای محیطی تغییر رنگ، ترک‌خوردگی یا مقیاس- را با سرعت 2 تا 5 برابر واحدهای عمودی تحت استفاده یکسان دریافت می‌کنند. دلیل اصلی طبقه بندی جریان و به دام افتادن حباب ها است. در پیکربندی افقی، حباب های بخار تشکیل شده در سطح بالایی به صورت عمودی بالا می روند، اما توسط بخاری مسدود می شوند. حباب ها در سمت بالایی بخاری جمع می شوند و یک لایه بخار پیوسته را تشکیل می دهند که PFA را عایق می کند. این باعث می شود که دما به طور موضعی بین 20 تا 40 درجه افزایش یابد. این باند گرم شده حمله شیمیایی، نفوذ و تشکیل مقیاس را سرعت می بخشد. در حالت عمودی، حباب ها به راحتی و بدون تجمع بر روی سطح بخاری جریان می یابند و در نتیجه کل غلاف خیس و خنک می شود. نصب عمودی برای هر سرویسی با جوش، خروج گاز یا تشکیل حباب به شدت توصیه می شود.

مکانیسم های تجمع حباب در بخاری های افقی
عملکرد بخاری های افقی PFA در یک مایع منجر به هسته شدن حباب های بخار در عیوب سطحی توسط شار حرارتی می شود. حباب ها منبسط می شوند، آزاد می شوند و شروع به شناور شدن در بالا می کنند. برای یک بخاری عمودی، حباب های بالارونده روی سطح می لغزند و لایه مرزی را جارو می کنند و انتقال حرارت را افزایش می دهند. حباب هایی که از نیمه پایینی بخاری افقی بلند می شوند به نیمه بالایی برخورد می کنند. قسمت بالایی یک منطقه جمع آوری است که در آن حباب ها به راب های بزرگتر ادغام می شوند. حباب های به هم پیوسته یک لایه بخار ناپیوسته را تشکیل می دهند که 10 تا 30 درصد از سطح بالایی را در هر زمان پوشش می دهد. ضریب انتقال حرارت برای لایه بخار 50-200 W/m^2 K (در مقایسه با 1000-5000 W/m^2 K برای مایع) است که منجر به افزایش شدید دمای سطح PFA در زیر حباب ها می شود. دمای معمولی سطح یک بخاری 3 W/cm 2 در آب 80 درجه 95-100 درجه است. برای جریان گرمای یکسان، یک پتوی بخار ممکن است سطح را بین 150 تا 220 درجه افزایش دهد، که بسیار در محدوده شکست برای PFA است.

نوار داغ موضعی حلقه ای از زوال افزایش یافته را تشکیل می دهد. PFA زرد، سپس قهوه ای و سپس میکرو ترک می شود. در آب سخت، رسوب ترجیحاً در نوار داغ رسوب می‌کند و یک حلقه سفید رنگ تشکیل می‌دهد. ترازو بیشتر عایق می‌شود، دماها بیشتر می‌شوند، یک چرخه شکست خود{3}}شتاب‌دهنده. یک بخاری عمودی می تواند سال ها بدون این حلقه ها کار کند، اما یک بخاری افقی آنها را در 3 تا 12 ماه دریافت می کند.

طبقه بندی جریان برای خدمات غیر جوش{{0}
بخاری های افقی، حتی اگر جوشانده نشده باشند نیز در معرض طبقه بندی جریان هستند. جریان های همرفت طبیعی در جهت عمودی به سمت بالا حرکت می کنند. بخاری به صورت عمودی با جریان تراز می شود تا یک لایه مرزی همگن تولید کند. بخاری افقی یک استوانه است که عمود بر جریان رو به بالا است. مایع سرد تازه در سمت بالادست (پایین) قرار می گیرد. سمت پایین دست (بالا) در مایعی که از قبل گرم شده است غوطه ور شده است که از پایین بالا آمده است. سطح بالایی 5 تا 15 درجه گرمتر از سطح پایین در همان محل محوری است. این اختلاف دما در اطراف محیط به اندازه کافی کوچک است تا از تشکیل حباب بخار جلوگیری کند، اما به اندازه کافی زیاد است که حمله شیمیایی را تسریع کند. بالای بخاری افقی در 20% HCl در دمای 90 درجه دمای موثر 95-100 درجه را می بیند در حالی که قسمت پایین آن 90 درجه است. نرخ نفوذ با هر 10-15 درجه دو برابر می شود، بنابراین قسمت بالایی 2-3× سریعتر خورده می شود. بهترین ها رقیق شدن و ترک خوردن ترجیحی را در حدود 5000 ساعت ایجاد می کنند.

داده های شکست مقایسه ای
Heater Orientation Service Condition Time to First Visible Corrosion Ring (hours) Surface Temperature Variation (°C) Failure Mode Relative Life Vertical Boiling water, 100°C, 3 W/cm2 >5000 ± 3 درجه (محوری) پیری یکنواخت 2.0× آب جوش افقی، 100 درجه، 3 وات بر سانتی متر2 500-1،200 +20-40 درجه (باند بالا)ترک های محیطی 0.3-0.5×
Vertical Non-boiling 20% HCl, 90°C >8000 ± 2 درجه نفوذ آهسته 1.5× افقی غیر جوشان 20% HCl، 90 درجه 2000–4،{10}}–15 درجه (بالا) ترک خوردگی سطح بالایی 0.6–0.8×
Vertical Hard water (300 ppm), 80°C >10000 ± 3 درجه مقیاس آهسته 2.0×
آب سخت افقی (300 پی پی ام)، 80 درجه 1500-3، 000 +20–30 درجه (حلقه مقیاس) باند مقیاس موضعی 0.3-0.5×
مخزن همزن عمودی (گردش اجباری) N/A (جهت نه چندان مهم) ± 2 درجه وابسته به جریان 1.0× (خط پایه)
Horizontal Agitated tank (forced flow) N/A ±3–5°C Acceptable if flow >0.5 m/s 0.9×
کاهش برای نصب افقی
اگر نصب افقی ضروری باشد (مخازن کم عمق، محدودیت فضا)، سه روش تشکیل حلقه های خوردگی را کاهش می دهد:

Increase flow velocity: Use recirculation pump or agitator to get >0.5 متر بر ثانیه در سراسر بخاری. جریان اجباری از تجمع حباب جلوگیری می کند. اختلاف دمای بالا-پایین 3-5 درجه .

هر سه ماه یکبار بخاری را بچرخانید بالای بخاری را در زمان نصب علامت بزنید. هر 3 ماه یکبار آن را 90 درجه یا 180 درجه بچرخانید تا سطح جدیدی در بالا ظاهر شود. این خوردگی را به طور مساوی توزیع می کند و عمر آن را 2-3 برابر افزایش می دهد.

چگالی وات کم: برای حفظ دمای سطح در کمتر یا مساوی 2 وات بر سانتی متر مربع کار کنید<95°C even with vapour patches, avoiding boiling at the interface.

از بخاری پره دار استفاده کنید مساحت سطح (باله ها) کشیده شده مسیر حباب ها را می شکند و اختلاط را تسهیل می کند و در نتیجه نقاط داغ محلی را کاهش می دهد.

فیلد نمونه
به دلیل محدودیت فضا، تاسیسات تکمیل فلز مجبور به استفاده از بخاری های افقی PFA در مخازن آبکاری نیکل کم عمق (300 میلی متر) شد. هیترها بعد از 3 ماه نوارهای محیطی قهوه ای ایجاد کردند و بعد از 6-8 ماه در نوارها ترک خوردند. کارخانه به بخاری های عمودی منتقل شد (عمق مخزن در واقع کافی بود، باور قبلی نادرست بود). بخاری عمودی بدون تسمه، 4+ سال دوام آورد. یک پمپ چرخش ساده نیز در مخازنی که قرار دادن عمودی در آنها عملی نبود گنجانده شد و عمر گرمکن های افقی را از 8 ماه به 2 سال افزایش داد.

نتیجه گیری: جهت گیری عمودی حلقه های خوردگی را کاهش می دهد
بخاری‌های PFA افقی به دلیل تشکیل حباب در سطح بالایی (در سرویس جوش) و طبقه‌بندی جریان (در سرویس‌های غیرجوش)، با نرخ 2-5× نسبت به واحدهای عمودی، بیشتر مستعد ابتلا به حلقه‌های خوردگی موضعی هستند. سطح فوقانی 5-40 درجه گرمتر است، که حمله شیمیایی، نفوذ و رسوب مقیاس را تسهیل می کند. جهت عمودی را برای هر نصب جدید مشخص کنید. اگر نیاز به نصب افقی است، جریان اجباری، چرخش بخاری یک چهارم دور، چگالی وات کاهش یافته یا طرح های پره ای را در نظر بگیرید. بخاری عمودی استانداردی برای عمر طولانی است. بخاری افقی یک مصالحه است و نیاز به کاهش فعال دارد. وقتی جا هست، عمودی بروید. بودجه نگهداری شما قدردان شما خواهد بود.