ऑक्सीडाइज़िंग एसिड में 5,000 घंटों के बाद पीएफए शीथ की इन-{0}}सीटू तापीय चालकता गिरावट को कैसे मापें?
एक संदेश छोड़ें
समय के साथ, नाइट्रिक एसिड (HNO₃), क्रोमिक एसिड (H₂CrO₄), और केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) जैसे ऑक्सीकरण एसिड ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों (कार्बोनिल, कार्बोक्सिल, सल्फोनेट) को पॉलिमर बैकबोन और अनाकार क्षेत्रों में शामिल करके पीएफए को तोड़ते हैं। यह रासायनिक क्षरण पीएफए के तापीय परिवहन गुणों को बदल देता है, ऊंचे तापमान पर 5000 घंटों के बाद तापीय चालकता (के) आम तौर पर 10{5}}30% कम हो जाती है। कम k समान ताप प्रवाह के लिए म्यान में बड़े तापमान में गिरावट की ओर जाता है, जो पीएफए की आंतरिक सतह के तापमान को बढ़ाता है और सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप में गिरावट को और तेज करता है। इन-सीटू थर्मल चालकता गिरावट को मापने के लिए एक तुलनात्मक दृष्टिकोण के लिए हीटर को सेवा से हटाने की आवश्यकता नहीं है। हीटर की सतह का तापमान ज्ञात ऊष्मा प्रवाह और द्रव तापमान पर मापा जाता है और स्पष्ट k मान की गणना ऊष्मा चालन समीकरण से की जाती है। गिरावट का संकेत समय के साथ घटती हुई गणना k द्वारा किया जाता है। नियमित माप (प्रत्येक 500 से 1,000 घंटे) आपको दृश्य रूप से विफल होने से पहले म्यान के अध: पतन का निरीक्षण करने की अनुमति देता है।
-स्थान मापन विधि में
स्थिर अवस्था में संचालन में पीएफए हीटर के लिए, म्यान के माध्यम से ताप प्रवाह q (W/m^2) विद्युत शक्ति इनपुट और हीटर सतह क्षेत्र (q=P_elec*η / A, जहां η हीटिंग दक्षता है, जलमग्न हीटरों के लिए सामान्य रूप से 0.95–0.98) से निर्धारित होता है। द्रव का तापमान T द्रव एक कैलिब्रेटेड थर्मोकपल से मापा जाता है। पीएफए बाहरी सतह का तापमान, टी सतह, निम्नलिखित तरीकों में से एक द्वारा मापा जा सकता है: (1) उच्च तापमान टेप और थर्मल पेस्ट (बिंदु माप) के साथ म्यान से बंधी एक पतली - फिल्म थर्मोकपल; (2) एक इन्फ्रारेड कैमरा (पारदर्शी तरल और पहुंच की आवश्यकता है); या (3) एक प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (आरटीडी) जो म्यान से जुड़ा हुआ है। पीएफए दीवार पर तापमान का अंतर ΔT_PFA=T_surface_inner - T_surface_outer है, हालांकि, आंतरिक सतह का तापमान आसानी से मापने योग्य नहीं है। धातु कोर (T_core) से तरल पदार्थ तक पूरे तापमान में गिरावट का उपयोग करना: T_core भी पहुंच योग्य नहीं है। व्यावहारिक तकनीक इस तथ्य का उपयोग करती है कि प्रमुख बाधा पीएफए दीवार ही है। ऊष्मा स्थानांतरण के समीकरण को q=(T_surface_outer - T_fluid) × h के रूप में पुनः व्यवस्थित किया गया है जहाँ h संवहन ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक है। लेकिन h अज्ञात है और भिन्न है। इसके बजाय, समान प्रवाह स्थितियों के तहत दो अलग-अलग पावर स्तरों (q1 और q2) पर T_surface_outer को मापें। अंतर रद्द करता है h: ΔT_surface=(q2 - q1) * (t_PFA/k) इसलिए k=(q2 - q1) * t_PFA / ΔT_surface। विभेदक तकनीक के लिए T_core या h के ज्ञान की आवश्यकता नहीं है।
t_PFA=2.0 मिमी के साथ q{2}} W/cm² (20,000 W/m²) और q2=3.0 W/cm² (30,000 W/m²) पर हीटर चलाएं। प्रत्येक शक्ति के लिए T_सतह को मापें, T1=95 डिग्री , T2=115 डिग्री , T_तरल=80 डिग्री (स्थिर) ΔT_surface=20C फिर k=(30000-20000) * .002 / 20=10000 * .002 / 20=20 / 20=1.0 W/mK यह तकनीकी रूप से है असंभव (PFA k 0.19-0.22 है)। अंतर से पता चलता है कि मापा गया $\\Delta T_{surface}$ तापमान और प्रवाह स्थितियों के साथ h में भिन्नता को शामिल करता है। विभेदक तकनीक के लिए निरंतर h की आवश्यकता होती है। ऐसा कम ही होता है. एक अधिक सटीक तरीका यह है कि खराब हीटर के बगल में ज्ञात, स्थिर k (उदाहरण के लिए, एक ताजा पीएफए हीटर या एक धातु हीटर) के साथ एक संदर्भ हीटर का उपयोग किया जाए। समान q और समान तरल स्थितियों पर दोनों हीटरों की T_सतह मापें। खराब हीटर की अधिक टी सतह उच्च तापीय प्रतिरोध का संकेत देती है। k_degraded=k_reference * (T_surface_reference - T_fluid) / (T_surface_degraded - T_fluid) इस तुलनात्मक प्रक्रिया की सटीकता ±10-15 प्रतिशत है।
ऑक्सीकारक अम्लों में अपेक्षित गिरावट
ऑक्सीकरण एसिड एकाग्रता तापमान (डिग्री) एक्सपोज़र समय (घंटे) प्रारंभिक k (W/m·K) डिग्रेडेड k (W/m·K) कमी (%) तंत्र
नाइट्रिक एसिड 30% 90 5,000 0.20 0.17-0.18 10-15% कार्बोनिल गठन
नाइट्रिक एसिड 70% 100 5,000 0.20 0.14-0.16 20-30 %तीव्र सतह ऑक्सीकरण
क्रोमिक एसिड 50 ग्राम/ली 60 5,000 0.20 0.16-0.18 10-20%सतहों का सल्फोनेशन
सल्फ्यूरिक एसिड 96% 120 5,000 0.20 0.15-0.17 15-25%सल्फोनेशन + निर्जलीकरण
सल्फ्यूरिक एसिड 96% 140 2000 0.20 0.12–0.14 30–40%गंभीर गिरावट (5000 घंटे तक सलाह नहीं)
मिश्रित एसिड (HNO₃/HF) 20/5% 80 5,000 0.20 0.16–0.18 10–20% सिनर्जिस्टिक हमला
पिरान्हा (H 2 SO 4 /H 2 O 2 ) 3:1 120 1,000 (अल्प जीवन) 0.20 0.10-0.12 40-50%गंभीर ऑक्सीकरण
चरणवार माप प्रक्रिया
बेसलाइन माप: एक नए हीटर के लिए, उसी एक्सट्रूज़न बैच के नमूने पर निर्माता के अनुमोदित मूल्य या प्रयोगशाला माप (एएसटीएम ई1530) के साथ k मापें। यदि संभव हो, तो सर्विस हीटर के समानांतर एक संदर्भ (नया) हीटर स्थापित करें।
सीटू सेटअप में: 3 थर्मोकपल पीएफए सतह से सबसे गर्म पूर्वानुमानित बिंदु (आमतौर पर ठंडे सिरे से 10{3}}20 सेमी), मध्य{7}लंबाई और नीचे के पास जुड़े होते हैं। अच्छे संपर्क के लिए थर्मल पेस्ट का प्रयोग करें। वास्तविक सतह तापमान (द्रव प्रवाह से प्रभावित नहीं) को मापने के लिए थर्मोकपल जंक्शन को एक छोटे सिलिकॉन रबर कैप द्वारा तरल पदार्थ से अलग किया जाना चाहिए। वैकल्पिक रूप से, एक दृष्टि कांच के माध्यम से एक अवरक्त कैमरे का उपयोग करके एक गैर-संपर्क माप किया जा सकता है।
स्थिर स्थिति की परिस्थितियाँ हैं: थर्मल संतुलन प्राप्त करने के लिए टैंक को सामान्य निर्धारित बिंदु पर चलाएं और कम से कम 1 घंटे तक प्रवाह करें। अच्छी तरह से इंसुलेटेड टैंकों के लिए 0.90-0.95, बिना इंसुलेटेड टैंकों के लिए 0.80-0.85। ए=π × डी × एल_उप
स्पष्ट k की गणना करें: t_PFA * (T_core - T_surface)=q / k चूँकि T_core अज्ञात है, संदर्भ हीटर दृष्टिकोण का उपयोग किया जाना चाहिए: T_surface_ref=T_fluid + q*(t_PFA/k_ref + 1/h) संदर्भ हीटर के लिए (ज्ञात k_ref, वही q, वही T_fluid)। ख़राब हीटर के लिए T_surface_degraded=T_fluid + q × (t_PFA/k_degraded + 1/h)। दो समीकरण घटाएँ (समान q और h): T_surface_degraded - T_surface_ref=qx t_PFA x (1/k_degraded - 1/k_ref) k_degraded=1 / (1/k_ref + (T_surface_degraded {{44%) T_surface_ref) / (q * के लिए हल करें) t_PFA))
उदाहरण गणना: k_ref=0.20 W/m·K, t_PFA=0.002 m, q=30,000 W/m2 (3 W/cm2)। T_surface_ref=95 डिग्री , T_surface_degraded=108 डिग्री , T_fluid=80 डिग्री . फिर $1/k_{degraded}=1/0.20 + (108-95)/(30,000 \\times 0.002)=5 + 13/60=5.217$ $k_{degraded}=1/5.217=0.192$ W/m·K कमी 4%-न्यूनतम गिरावट। यदि T_surface_degraded=125 डिग्री है तो 1/k_degraded=5+(125-95)/(60)=5+30/60=5.5, k_degraded=0.182 W/m·K, कमी=9%
परिणामों के साथ क्या करें
k की 10-15% की कमी से पर्याप्त गिरावट का पता चलता है। हीटर का उपयोग जारी रखा जा सकता है लेकिन हर तीन महीने में इसका निरीक्षण किया जाना चाहिए। 15-25% की गिरावट काफी गिरावट का संकेत देती है। 6 से 12 महीने में हीटर बदलने की सलाह दी जाती है। और 25% की कमी का मतलब गंभीर गिरावट है। पीएफए लगभग ख़राब हो सकता है, इसलिए हीटर को तुरंत बदलें। कमी k इंगित करती है कि आंतरिक सतह का तापमान योजना से अधिक है और गिरावट तेज हो गई है। यदि मापा गया k तीव्र गति से गिरना जारी रखता है (उदाहरण के लिए, पहले 5,000 घंटों में 10% की गिरावट, अगले 2,000 घंटों में 15% की गिरावट), तो हीटर विफलता चक्र में है और इसे निवारक रूप से बदला जाना चाहिए।
यदि प्रयोगशाला या सुविधा में संदर्भ हीटर नहीं है, तो एक व्यवहार्य विकल्प पीएफए सतह के तापमान को एक निर्धारित शक्ति पर मापना और इसकी तुलना उस तापमान से करना है जब हीटर नया था। समय के साथ सतह के तापमान में निरंतर वृद्धि (निरंतर शक्ति, द्रव तापमान और प्रवाह पर) k की गिरावट को दर्शाती है। 3 W/cm2 पर 2.0 मिमी की दीवार के लिए, T सतह में 10 डिग्री की वृद्धि से ak में लगभग 0.01–0.015 W/m·K (5–7%). 20 डिग्री की वृद्धि होती है, जो 10-15% की कमी के बराबर होती है। 30 डिग्री या इससे अधिक की वृद्धि पर हीटरों के प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
सारांश: नियमित रूप से -सीटू के माप से छिपे हुए क्षरण का पता चलता है
The thermal conductivity of a PFA sheath is reduced by 10-30% after 5,000 hours of exposure to oxidising acids (nitric, chromic, concentrated sulphuric) at elevated temperatures. This degradation can be assessed in-situ using a comparison approach with a reference heater with known stable k or by monitoring the increase of PFA surface temperature over time at constant operating circumstances. If the drop is >15%, यह गंभीर गिरावट का संकेत देता है और इसे 6{13}}12 महीनों के भीतर एक निर्धारित प्रतिस्थापन को ट्रिगर करना चाहिए। यदि कमी 25% से अधिक हो, तो त्वरित प्रतिस्थापन की आवश्यकता है। स्पष्ट दरार या छाले दिखाई देने से पहले म्यान के क्षरण की प्रारंभिक चेतावनी नियमित माप (जोरदार ऑक्सीकरण सेवा में हर 500-1,000 घंटे) द्वारा प्रदान की जाएगी। महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के लिए, निरंतर निगरानी की अनुमति देने के लिए प्रत्येक सर्विस हीटर के बगल में एक संदर्भ हीटर रखें। एक संदर्भ हीटर की लागत ($200-500) एक अप्रत्याशित विफलता की लागत की तुलना में मामूली है जिसके परिणामस्वरूप स्नान संदूषण और प्रक्रिया में व्यवधान होता है। संदर्भ हीटरों तक पहुंच के बिना इंजीनियरों को समय-समय पर सतह के तापमान में स्पष्ट वृद्धि का निर्धारण करना चाहिए और जब तापमान वृद्धि समान परिचालन स्थितियों में बेसलाइन मान से 20 डिग्री ऊपर पहुंच जाती है तो हीटर को बदल देना चाहिए। थर्मल चालकता में गिरावट पीएफए विफलता के निकट आने की एक प्रारंभिक चेतावनी है-इसे नजरअंदाज न करें।
