한 화학 공장은 14개월의 서비스 후에 5kW PTFE 침수형 히터를 교체했습니다. 히터는 연속성 테스트를 통과했으며 덮개에 눈에 띄는 균열이 보이지 않았습니다. 그러나 절연 저항이 5MΩ 이하로 떨어지고 지락 트립이 빈번해졌습니다. 분석을 위해 장치를 절단하여 열었을 때 내부 충전재는 변색되고 굳어 있었으며{5}}산화철, 황산염 화합물 및 수분으로 오염되었습니다. 필러는 느린 침투 경로를 통해 공정 화학 물질을 흡수했으며 오염으로 인해 내부에서 단열재가 파괴되었습니다.
내부 필러-산화마그네슘 또는 이와 유사한 세라믹-은 저항 요소를 금속 외장에서 분리하는 전기 절연체입니다. PTFE 침지 히터에서 필러는 폴리머 외부 피복에 의해 공정 유체로부터 보호됩니다. 보호 기능이 약해지면-약간-필러가 다음 방어선이 되며 습기와 화학적 공격에 대한 저항력이 제한됩니다.
PTFE 침지 히터 구성에서 필러의 역할
산화마그네슘은 높은 유전 강도, 우수한 열 전도성 및 고온에서의 합리적인 안정성을 갖기 때문에 발열체 절연용으로 선택됩니다. 이는 저항 요소와 금속 외장 사이의 공간에 압축되어 조밀하고 전기 절연 장벽을 형성합니다.
고품질-MgO 필러는 순도가 99% 이상이고 밀도가 3.0g/cm³ 이상입니다. 받은 그대로 소수성이므로 수분 흡수에 저항합니다. 그러나 MgO는 흡습성이 있습니다.-기회가 주어지면 대기나 공정 유체에서 물을 흡수합니다. 흡수되면 물은 절연 저항을 감소시키고 MgO와 반응하여 유전 강도가 더 낮은 수산화마그네슘을 형성할 수 있습니다.
| 필러 속성 | 새것, 건조한 상태 | 수분 노출 후 | 히터에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 유전 강도 | >15kV/mm | 5~10kV/mm | 항복 전압 감소 |
| 절연저항 | >500 MΩ | <50 MΩ | 지락 위험 |
| 밀도 | 3.0~3.3g/cm³ | 2.5~2.9g/cm³ | 열전도율 감소 |
| 청정 | >99% MgO | 90~95% MgO | 오염, 부식 |
| 열전도율 | 30–40 W/m·K | 15–25 W/m·K | 더 높은 외피 온도 |
수분 및 화학적 오염 전후의 필러 특성
공정 화학이 필러에 도달하는 방법
필러는 PTFE 외장을 통한 침투, 터미널 씰의 침투, 외장의 기계적 파손이라는 세 가지 경로를 통해 오염되기 쉽습니다.
투과는 가장 느린 경로이지만 공격적인 화학 반응에서 가장 일반적입니다. 물 분자, 산성 종 및 용해된 이온은 몇 달 동안 작동하면서 PTFE를 통해 확산됩니다. 속도는 온도, 화학적 성질, 외장 두께에 따라 달라집니다. PTFE를 통과하면 오염 물질이 필러로 이동하여 필러와 반응하여 절연 특성이 저하됩니다.
터미널 씰이 유입되면 습기와 공정 유체가 차가운 구역으로 들어가고 가열된 부분을 향해 필러 아래로 이동하게 됩니다. 이 경로는 침투보다 빠르지만 일반적으로 터미널 근처 히터의 상부에만 영향을 미칩니다.
기계적 파손-균열, 홈 또는 핀홀-으로 인해 공정 유체와 필러가 직접 접촉할 수 있습니다. 오염은 빠르고 국부적으로 발생하며 일반적으로 히터는 며칠 또는 몇 주 내에 작동하지 않습니다.
| 오염 경로 | 실패까지의 시간 | 영향을 받는 지역 | 절연 저항 감소 | 수리 가능 |
|---|---|---|---|---|
| 칼집 침투 | 6~18개월 | 전체 가열 길이 | 점진적 | 아니요 |
| 터미널 씰 유입 | 1~6개월 | 상단 부분 | 보통~빠름 | 때때로 |
| 기계적 파손 | 일~주 | 현지화됨 | 빠른 | 아니요 |
오염 경로와 PTFE 침지 히터 필러에 미치는 영향
필러를 분해하는 화학 반응
수분이 MgO에 도달하면 반응하여 수산화마그네슘을 형성합니다: MgO + H2O → Mg(OH)2. 수산화마그네슘은 MgO보다 유전 강도와 열전도율이 낮습니다. 이 반응은 발열 반응으로 열을 발생시켜 분해를 더욱 가속화할 수 있습니다.
산성 종이 MgO에 도달하면 반응하여 마그네슘 염을 형성합니다. 황산은 가용성이고 전도성이 있는 황산마그네슘을 형성합니다. 염산은 염화마그네슘을 형성하는데, 이는 또한 용해성이고 저항 요소에 대한 부식성이 높습니다. 이러한 염은 충전재의 전도성을 증가시키고 저항선을 부식시킬 수 있습니다.
습기와 산의 결합은 특히 해롭습니다. 산은 MgO를 용해시켜 추가 유입을 허용하는 공극과 경로를 생성합니다. 저항 요소는 공정 화학에 노출되고 히터는 내부에서 외부로 작동하지 않습니다.
필러 오염의 증상
오염된 필러는 다른 고장 모드와 구별되는 일련의 특징적인 증상을 나타냅니다.
절연 저항은 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 점차 감소합니다. 하락은 일반적으로 단조롭습니다.-각 판독값은 마지막 판독값보다 낮습니다. 안정적인 판독 후 급격한 하락은 기계적 파손과 같은 다른 문제를 나타냅니다.
오염이 진행됨에 따라 접지 결함 트립이 더 자주 발생합니다. 첫 번째 운행은 몇 달 간의 정상 작동 후에 발생할 수 있습니다. 후속 트립은 서로 더 가까운 곳에서 발생하며 결국 재설정 시 히터가 즉시 트립됩니다.
오염이 파손된 부분 근처에 국한된 경우 피복이 변색되거나 부드럽고 물집이 생긴 부분이 나타날 수 있습니다. 그러나 침투-로 인한 오염의 경우 필러가 심하게 저하되어도 피복이 손상되지 않은 것처럼 보이는 경우가 많습니다.
| 징후 | 필러 오염 | 외장 균열 | 스케일 축적 |
|---|---|---|---|
| 절연저항 | 점진적인 쇠퇴 | 급락 | 안정적인 |
| 지락 트립 | 빈도 증가 | 즉각적인 | 없음 |
| 칼집 외관 | 손상되지 않은 경우가 많음 | 눈에 보이는 균열 | 눈에 보이는 퇴적물 |
| 예열-시간 | 약간 증가 | 정상 또는 증가 | 증가 |
| 현재 추첨 | 정상 | 정상 | 정상 |
일반적인 PTFE 침지 히터 고장 모드에 대한 증상 비교
필러 오염 방지
가장 효과적인 예방 방법은 PTFE 외장을 그대로 유지하고 단자 엔클로저를 밀봉하는 것입니다. 이는 보호관 온도를 안전한 한계 내로 유지하는 와트 밀도를 선택하고, 적절한 담금 깊이를 유지하며, 히터의 손상 징후를 정기적으로 검사하는 것을 의미합니다.
수분 흡수율이 낮은 고밀도 MgO 필러는 표준 필러보다 오염에 대한 저항력이 뛰어납니다. 일부 제조업체는 내습-코팅이 포함된 MgO 또는 물과 화학 물질의 흡수를 늦추는 소수성 첨가제를 제공합니다.
건조제 팩 또는 통풍구가 있는 밀봉된 단자 인클로저는 차가운 끝 부분에서 습기 유입을 줄입니다. 씰은 유지 관리 간격마다 검사해야 하며 압축되거나 균열이 있는 경우 교체해야 합니다.
필러 오염이 사양 문제를 나타내는 경우
동일한 탱크에서 반복되는 충전재 오염 실패는 히터가 설계 한계를 초과하는 조건에서 작동하고 있음을 나타냅니다. 고온, 공격적인 화학 또는 높은 와트 밀도는 침투를 가속화하고 오염 시간을 단축합니다. 더 두꺼운 외피, 더 낮은 와트 밀도 및 향상된 밀봉 기능을 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 오염이 발생하기까지의 시간을 연장합니다. 사양 프로세스에는 수조 화학, 작동 온도, 피복 두께 및 이전 히터의 고장 내역이 필요합니다.
