За 1 mm тънка PFA стена в абразивна суспензия при 1,5 m/s, максималният допустим размер на частиците за избягване на питинг (локализирана ерозия по-дълбока от 0,1 mm/година) е 150–200 µm за твърди частици (силициев диоксид, алуминиев оксид, Mohs 7–9) и 300–400 µm за меки частици (калциев карбонат, полимерни перли, Mohs 3–4). По-големите частици причиняват питинг, тъй като тяхната енергия на удара (E ∝ d³ × v²) надвишава критичния праг за добив на PFA. 300 µm силициева частица при 1,5 m/s генерира енергия на удара от приблизително 0,5 µJ, достатъчна за създаване на микро-кратер (дълбочина 5–10 µm) върху повърхността на PFA. Повтарящите се удари разширяват кратера в яма. За стена с дебелина 1 mm вдлъбнатините, по-дълбоки от 0,3 mm (30% от дебелината), значително намаляват живота. За да предотвратите образуването на костилки, ограничете размера на частиците до<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
Енергия на удара и праг на питинг
Критичният размер на частиците d_crit се извлича от модела на ерозия: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3), където H_PFA е твърдост (≈ 65 Shore D, ≈ 20 MPa вдлъбнатина). За силициев диоксид (ρ=2,650 kg/m³), v=1.5 m/s, d_crit ≈ 180 µm.
По-големите частици причиняват язви, защото:
Те имат по-висока кинетична енергия (скали с d³)
Те създават по-дълбока вдлъбнатина (скали с d)
Те са склонни да удрят под по-големи ъгли (по-малко въртене)
За 1 mm стена, дълбочина на вдлъбнатината от 0,3 mm намалява оставащата дебелина до 0,7 mm – все още приемливо. Но ямите действат като концентратори на напрежение. След като започне питинг, скоростта на ерозия се ускорява локално.
Граници на размера на частиците по материал
| Материал на частиците | Твърдост (по Моос) | Плътност (kg/m³) | Максимален размер за 1 mm стена (µm) при 1,5 m/s | Очаквана дълбочина на ямата (µm/година) | Препоръка |
|---|---|---|---|---|---|
| Силициев пясък | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | Приемливо |
| Алуминий | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | Маргинален |
| Силициев карбид | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | Не се препоръчва |
| Стъклени перли | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | безопасно |
| Варовик (CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | безопасно |
| Полимерни пелети (HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | безопасно |
| Метални глоби (стомана) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | Приемливо |
| Летяща пепел | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | Приемливо |
Влияние на скоростта върху критичния размер на частиците
| Скорост (m/s) | Критичен d за силициев диоксид (µm) | Дълбочина на ямата (µm/година) при d=200 µm | Бележки |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | Безопасно (без хлътване) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | Приемливо |
| 1.5 | 180 | 30–50 | Маргинално за тънка стена |
| 2.0 | 120 | 80–120 | Висок риск за 1 мм стена |
| 2.5 | 90 | 150–200 | Неприемливо |
| 3.0 | 70 | 250–300 | Бърз провал |
Практическо ръководство за 1 mm PFA стена
| Изискване за обслужване | Максимален размер на частиците | Максимална скорост | Очакван живот (години) |
|---|---|---|---|
| Твърди частици (силициев диоксид, алуминиев оксид) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| Твърди частици | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| Твърди частици | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| Меки частици (варовик, стъкло) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| Всякакви частици | N/A | <0.5 m/s | 5–10 (незначителна ерозия) |
Пример за поле
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150 µm. Стенен нагревател 1 мм тогава издържа 3 години.
Откриване на питинг
Огледайте повърхността на нагревателя с лупа (10–20×). Ямките изглеждат като малки кратери (диаметър 0,2–1 mm). Измерете дълбочината на ямата с дълбокомер или с помощта на фина игла. Ако дълбочината на вдлъбнатината надвишава 0,3 mm на стена от 1 mm, планирайте подмяната в рамките на 6 месеца. Ако няколко вдлъбнатини надвишават 0,5 mm, сменете незабавно.
Смекчаване на прекалено големи частици
Инсталирайте екран или филтър upstream to remove particles >200 µm.
Намалете скоростта на потокас 20–30% (ерозията намалява с 50–70%).
Използвайте по-дебела стена(2–3 мм) – позволява по-дълбоки вдлъбнатини преди перфорация.
Използвайте ръкав за износване(PTFE, 1–2 mm), които могат да бъдат заменени (вижте артикул #64).
Заключение: За 1 mm стена при 1,5 m/s, максимален размер на частиците по-малък или равен на 150–200 µm за твърди абразиви
За PFA нагревател с дебелина на стената от 1 mm в абразивна суспензия при 1,5 m/s, максималният допустим размер на частиците, за да се избегне образуването на дупки, е 150–200 µm за твърди частици (силициев диоксид, алуминиев оксид) и 300–400 µm за меки частици (варовик, стъкло). По-големите частици причиняват ударни кратери (ямки), които се задълбочават с времето, перфорирайки тънката стена. Ако големи частици не могат да бъдат отстранени, увеличете дебелината на стената до 2–3 mm, намалете скоростта или монтирайте износваща се втулка. Стена от 1 мм е деликатна. Не може да издържи на големи твърди частици. Размерът има значение. Филтрирайте ги, забавете или сгъстете. Животът на вашия нагревател зависи от контрола на частиците. Измерете вашата суспензия, познавайте вашите частици, проектирайте съответно. При абразивно обслужване тънките стени са рискови. Дебелите стени са по-безопасни. Избирайте разумно.
