한 도금 공장에서 9개월의 사용 후 아연 도금 탱크에서 PTFE 침지 히터를 꺼냈습니다. 히터는 침수된 부분과 노출된 부분 사이의 경계인 액체 라인-을 따라 이어지는 수평 균열을 보여주었습니다. 균열이 PTFE를 관통하여 금속 외장을 노출시켰습니다. 탱크에는 액체 레벨을 제어하는 플로트 스위치가 장착되어 있었지만 스위치의 데드밴드는 약 40mm였으며 레벨은 히터 상단을 가로질러 위아래로 순환했습니다.
플로트 스위치는 도금 및 화학 처리 탱크의 일반적인 레벨 제어 장치입니다. 간단하고 신뢰할 수 있으며 저렴합니다. 그러나 액체 레벨이 변동될 수 있는 불감대-스위치 켜기-와 스위치 끄기 레벨-끄기 레벨-사이의 범위가 있습니다. 액체 라인이 불감대 내에 들어가도록 히터를 배치하면 히터가 침수 상태와 노출 상태 사이를 순환하고 PTFE가 액체 라인을 따라 균열됩니다.
액체 라인이 응력 집중 구역인 이유
액체 라인은 히터의 물에 잠긴 부분과 노출된 부분 사이의 경계입니다. 침수된 부분은 공정 유체에 의해 냉각됩니다. 노출된 부분은 공기로 냉각되므로 효율성이 훨씬 떨어집니다. 두 부분 사이의 온도 차이는 50~100도입니다.
물에 잠긴 부분은 노출된 부분보다 덜 팽창합니다. 차등 팽창은 액체 라인에 전단 응력을 생성합니다. 응력은 폴리머가 금속 외장에 결합되어 있는 PTFE 표면에 집중됩니다. 반복적인 사이클링은 피로 균열을 유발합니다.
| 액체 레벨 사이클 | 액체 라인의 온도차 | 스트레스 진폭 | 깨뜨릴 시간 |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40~60도 | 낮은 | >36개월 |
| 10~25mm | 50~80도 | 보통의 | 18~30개월 |
| 25~40mm | 60~100도 | 높은 | 8~16개월 |
| 40~60mm | 80~120도 | 매우 높음 | 4~10개월 |
| >60mm | >120도 | 극심한 | 2~6개월 |
액체 레벨 사이클링 및 액체 라인의 PTFE 균열에 대한 영향
플로트 스위치가 액체 라인 순환을 생성하는 이유
플로트 스위치는 액체 레벨이 설정 지점에 도달하면 회로를 열거나 닫아 작동합니다. 스위치에는 불감대(Dead Band)가 있습니다.-스위치가 충전 밸브를 닫기 전에 레벨이 특정 양만큼 떨어져야 합니다. 데드밴드는 스위치 설계에 따라 일반적으로 20~50mm입니다.
액체 라인이 불감대 내에 들어가도록 히터를 배치하면 히터는 각 충전 주기마다 침수 상태와 노출 상태 사이를 순환합니다. 사이클 수는 증발 및 드래그아웃 속도에 따라 달라집니다.- 증발량이 많은 탱크에서는 레벨이 하루에 여러 번 순환될 수 있습니다.
액체 라인에서 균열이 형성되는 이유
응력이 가장 높은 곳인 액체 라인에 균열이 형성됩니다. 액체 라인의 PTFE는 습식 섹션과 건식 섹션 사이의 전체 온도 차이를 겪게 됩니다. 전단 응력은 PTFE- 금속 계면에 집중됩니다.
균열은 액체 라인을 따라 수평으로 전파됩니다. 몇 달 동안 표면 균열이 남아 있을 수도 있고, PTFE에 침투하여 금속이 노출될 수도 있습니다. 금속이 노출되면 부식이 시작되고 히터가 작동하지 않습니다.
액체 라인 균열 방지
가장 효과적인 예방 방법은 액체 라인이 플로트 스위치 데드밴드보다 훨씬 아래에 위치하도록 히터를 배치하는 것입니다. 가열된 부분의 상단은 최소 액체 수위보다 최소 75mm 낮아야 합니다. 이렇게 하면 수위가 데드밴드의 낮은 지점에 있을 때에도 히터가 완전히 물에 잠긴 상태로 유지됩니다.
낮은-수준의 인터록은 추가적인 보호 기능을 제공합니다. 레벨이 안전 임계값 아래로 떨어지면 인터록은 히터에 공급되는 전원을 차단합니다. 인터록은 플로트 스위치와 독립적이어야 하며 수동 재설정이 필요합니다.
일반 액체 라인보다 훨씬 아래에 유지되는 더 짧은 가열 섹션을 갖춘 히터는 레벨 변동에 대한 여유를 제공합니다. 탱크가 충분히 깊은 경우 가열된 부분을 탱크의 아래쪽 절반에 배치하면 수위가 상당히 떨어지는 동안에도 물에 잠긴 상태로 유지됩니다.
| 예방 조치 | 액체 라인 균열에 대한 영향 | 구현 |
|---|---|---|
| 낮은 히터 위치 | 불감대 방지 | 히터 장착 |
| 낮은-레벨 인터록 | 낮은 수준에서 전력을 차단합니다. | 레벨 센서 및 릴레이 |
| 가열 구간이 짧음 | 히터를 물에 잠긴 상태로 유지 | 히터 디자인 |
| 불감대 감소 | 레벨 사이클링 감소 | 플로트 스위치 업그레이드 |
플로트 스위치가 있는 탱크의 액체 라인 균열 방지 조치
액체 라인 균열이 설계 문제를 나타내는 경우
낮은 장착 위치와 낮은-인터록 레벨에도 불구하고 액체 라인에서 균열이 발생하는 히터는 플로트 스위치 불감대(Dead Band)가 애플리케이션에 비해 너무 크다는 것을 나타냅니다. 더 짧은 가열 섹션, 더 낮은 장착 위치 및 낮은-레벨 인터록을 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 액체 라인 균열의 근본 원인을 해결합니다. 사양 프로세스에는 탱크 크기, 플로트 스위치 불감대, 정상 및 최소 액체 레벨, 필요한 전력량이 필요합니다. 플로트 스위치 레벨 제어 기능이 있는 시설의 경우 이 애플리케이션별 접근 방식은-액관 균열을 줄이고 히터 서비스 수명을 연장합니다.
