Glass beads (200 µm diameter, Mohs hardness 5–6) are moderately abrasive to PFA heater sheaths. Unlike sharp silica sand, spherical glass beads cause less cutting and more surface fatigue. The critical velocity for onset of measurable erosion (wall thinning >0,1 mm/anno) è 3,5–4,0 m/s per una parete in PFA da 2 mm. Per una durata di servizio estesa (5 anni, 40.000 ore), la velocità massima realistica del flusso è 2,5–3,0 m/s, che limita l'erosione a 0,2–0,3 mm/anno. Al di sopra di 4,5 m/s, l’erosione accelera rapidamente fino a 0,8–1,2 mm/anno, riducendo la parete a 1 mm entro 1–2 anni. I fanghi di perle di vetro sono meno erosivi della sabbia silicea ma più erosivi dei pellet polimerici. Per velocità superiori a 3,5 m/s, specificare una parete in PFA più spessa (3 mm) o utilizzare un manicotto antiusura sostituibile.
Meccanismo di erosione per particelle sferiche e angolari
Le perle di vetro sferiche colpiscono la superficie del PFA con una concentrazione di stress inferiore rispetto alle particelle angolari. La forma sferica distribuisce la forza d'impatto su un'area più ampia, riducendo i tagli localizzati. L'erosione avviene per fatica: impatti ripetuti creano microfessure che si fondono in fosse. Il tasso di erosione segue E=k × v^n, dove n=2.5–3,0 per particelle sferiche (vs. 3.0–3,5 per angolari). Per le sfere di vetro a 3 m/s, il tasso di erosione è di 0,15–0,25 mm/anno; la sabbia silicea alla stessa velocità erode 0,4–0,6 mm/anno. Le perle di vetro sono 2–3 volte meno dannose.
Ciò rende i riscaldatori PFA più utilizzabili nel servizio con liquami di perle di vetro (ad esempio, mulini con agitatori, classificatori a letto fluidizzato) che nel servizio con sabbia silicea.
Tasso di erosione rispetto alla velocità del flusso (parete in PFA da 2 mm, 80 gradi, 10% di solidi)
| Velocità del flusso (m/s) | Forma delle particelle | Tasso di erosione (mm/anno) | Tempo rimanente a 1 mm (da 2 mm) | Diluizione 5 anni (mm) | Velocità massima consigliata per una durata di 5 anni |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | Sferico | 0.03–0.05 | 20-30 anni | 0.15–0.25 | Sicuro |
| 1.5 | Sferico | 0.05–0.08 | 12-20 anni | 0.25–0.40 | Sicuro |
| 2.0 | Sferico | 0.08–0.12 | 8-12 anni | 0.40–0.60 | Sicuro |
| 2.5 | Sferico | 0.12–0.18 | 5–8 anni | 0.60–0.90 | Accettabile |
| 3.0 | Sferico | 0.18–0.25 | 4–6 anni | 0.90–1.25 | Marginale (diluizione del 10% in 5 anni) |
| 3.5 | Sferico | 0.25–0.35 | 3–4 anni | 1.25–1.75 | Non raccomandato |
| 4.0 | Sferico | 0.35–0.50 | 2–3 anni | 1.75–2.50 | NO |
| 4.5 | Sferico | 0.50–0.80 | 1,2–2 anni | >2.0 (perforazione) | NO |
| 5.0 | Sferico | 0.80–1.20 | 0,8–1,2 anni | Perforazione | Mai |
Per fare un confronto: la sabbia silicea (angolare, 200 µm) a 3 m/s si erode a 0,5–0,8 mm/anno – 2–3 volte più velocemente.
Effetto della concentrazione dei solidi
A velocità costante, il tasso di erosione scala in modo approssimativamente lineare con la concentrazione di solidi (in peso%). Per 3 m/s:
| Concentrazione di solidi (% in peso) | Tasso di erosione (mm/anno) | Diluizione 5 anni (mm) | Raccomandazione |
|---|---|---|---|
| 1% | 0.03–0.05 | 0.15–0.25 | Sicura qualsiasi velocità fino a 4 m/s |
| 5% | 0.10–0.15 | 0.50–0.75 | Sicuro fino a 3,5 m/s |
| 10% | 0.18–0.25 | 0.90–1.25 | Limite a 3,0 m/s |
| 20% | 0.30–0.45 | 1.50–2.25 | Limite a 2,5 m/s |
| 30% | 0.45–0.65 | 2.25–3.25 | Evitare PFA; utilizzare un manicotto metallico o sostituibile |
Raccomandazioni pratiche
Per una durata di 5 anni con parete in PFA da 2 mm:
Velocità massima=2.5 m/s per sfere di vetro al 10%.
Velocità massima=3.0 m/s per sfere di vetro al 5%.
Velocità massima=3.5 m/s per sfere di vetro al 2%.
Per prolungare la vita:
Muro più spesso: 3 mm di PFA a 3 m/s erodono 0,12–0,18 mm/anno → 0,6–0,9 mm di assottigliamento in 5 anni → accettabile.
Velocità inferiore: Ridurre la velocità della pompa o installare raddrizzatori di flusso per ridurre la velocità a 2 m/s.
Orientamento: Il flusso verticale parallelo all'asse del riscaldatore riduce l'erosione di 5–10 volte rispetto al flusso trasversale- (vedere Articolo n. 72).
Indossare la manica: Installare un manicotto in PTFE sostituibile (spessore 1 mm) sul riscaldatore. Sostituire la manica ogni 2-3 anni. Il PFA sottostante rimane intatto.
Esempio di campo
Un circuito per l'impasto liquido con perline di vetro (200 µm, 15% di solidi, 3,2 m/s, 80 gradi) utilizzava riscaldatori PFA con parete da 2 mm. I riscaldatori si sono erosi fino allo spessore di 1 mm dopo 18 mesi (diluizione 0,7 mm/anno). L'impianto ha installato un manicotto antiusura (PTFE di 2 mm di spessore, 50 ciascuno) sopra il riscaldatore in PFA. Il manicotto si è usurato dopo 12 mesi ed è stato sostituito. Il riscaldatore in PFA è rimasto allo spessore originale. Dopo 5 anni, il riscaldatore in PFA era ancora in servizio. 0ciascuno)soprailriscaldatorePFA.Ilmanicottosièusuratodopo12mesiedèstatosostituito.IlriscaldatorePFArimaseallospessoreoriginale.Dopo5anni,ilriscaldatorePFAeraancorainservizio.Il250 il costo delle maniche in 5 anni ha consentito di risparmiare $ 2.000 in sostituzioni di riscaldatori.
Rilevamento e monitoraggio
Per il servizio con liquami esistente, misurare annualmente lo spessore delle pareti del PFA utilizzando un misuratore a ultrasuoni in cinque punti (a monte, a valle e ai lati). Se l'assottigliamento supera 0,2 mm/anno, la velocità è troppo elevata. Opzioni:
Ridurre la velocità del 20% (l'erosione diminuisce del 50–60%).
Accetta una durata del riscaldatore di 2 anni.
Aggiungi una manica antiusura.
Conclusione: 2,5–3,0 m/s massimo per una durata di 5 anni con il 10% di sfere di vetro
Per un riscaldatore PFA immerso in un impasto di sfere di vetro da 200 µm (10% di solidi, 80 gradi), la velocità massima realistica del flusso senza usura erosiva è di 2,5–3,0 m/s per una durata di servizio di 5 anni con una parete di 2 mm. A 3,5 m/s l’erosione accelera e la vita scende a 3-4 anni. Le perle di vetro sono meno erosive della sabbia silicea (tasso di erosione 2–3 volte inferiore) ma richiedono comunque il controllo della velocità. Per velocità più elevate o maggiore durata, specificare pareti più spesse (3 mm) o manicotti antiusura sostituibili. Misurare lo spessore ogni anno; sostituire quando parete rimanente Maggiore o uguale a 1 mm. Le perle sferiche possono essere rotonde, ma si indossano comunque. Controllare la velocità, misurare l'erosione, sostituire in tempo. Il riscaldamento dipende da questo.
