Un'officina di placcatura ha ritirato un riscaldatore a immersione in PTFE da una vasca di zincatura dopo nove mesi di servizio. Il riscaldatore mostrava una fessura orizzontale che correva lungo la linea del liquido-il confine tra la sezione sommersa e quella esposta. La fessura era penetrata nel PTFE e aveva esposto la guaina metallica. Il serbatoio era dotato di un interruttore a galleggiante che controllava il livello del liquido, ma l'interruttore aveva una zona morta di circa 40 mm e il livello andava su e giù lungo la parte superiore del riscaldatore.
Gli interruttori a galleggiante sono dispositivi di controllo del livello comuni nei serbatoi di placcatura e di lavorazione chimica. Sono semplici, affidabili e poco costosi. Ma hanno una zona morta-un intervallo tra i livelli di accensione-e quelli di spegnimento-spegnimento-che consente al livello del liquido di fluttuare. Se il riscaldatore è posizionato in modo che la linea del liquido rientri nella zona morta, il riscaldatore passa dallo stato sommerso a quello esposto e il PTFE si rompe lungo la linea del liquido.
Perché la linea liquida è una zona di concentrazione dello stress
La linea del liquido è il confine tra le parti sommerse ed esposte del riscaldatore. La porzione sommersa viene raffreddata dal fluido di processo. La parte esposta viene raffreddata dall'aria, che è molto meno efficiente. La differenza di temperatura tra le due porzioni può essere di 50-100 gradi.
La porzione sommersa si espande meno di quella esposta. L'espansione differenziale crea uno stress di taglio sulla linea del liquido. Lo stress si concentra sulla superficie del PTFE, dove il polimero è legato alla guaina metallica. Cicli ripetuti provocano fessurazioni per fatica.
| Ciclo del livello del liquido | Differenza di temperatura sulla linea del liquido | Ampiezza dello stress | È ora di crack |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40-60 gradi | Basso | >36 mesi |
| 10–25 mm | 50-80 gradi | Moderare | 18-30 mesi |
| 25–40 mm | 60-100 gradi | Alto | 8-16 mesi |
| 40–60 mm | 80-120 gradi | Molto alto | 4-10 mesi |
| >60 mm | >120 gradi | Acuto | 2–6 mesi |
Ciclaggio del livello del liquido e suo effetto sulla rottura del PTFE sulla linea del liquido
Perché gli interruttori a galleggiante creano il ciclo della linea del liquido
Un interruttore a galleggiante funziona aprendo o chiudendo un circuito quando il livello del liquido raggiunge un setpoint. L'interruttore ha una zona morta-il livello deve scendere di una certa quantità prima che l'interruttore chiuda la valvola di riempimento. La zona morta è tipicamente di 20–50 mm, a seconda del design dell'interruttore.
Se il riscaldatore è posizionato in modo che la linea del liquido rientri nella zona morta, il riscaldatore passa dallo stato sommerso a quello esposto ad ogni ciclo di riempimento. Il numero di cicli dipende dall'evaporazione e dalla velocità di trascinamento-out. In un serbatoio con elevata evaporazione, il livello può cambiare più volte al giorno.
Perché si formano crepe sulla linea liquida
La fessura si forma sulla linea del liquido perché è lì che lo stress è maggiore. Il PTFE sulla linea del liquido è soggetto all'intera differenza di temperatura tra le sezioni bagnata e asciutta. Lo stress di taglio è concentrato sull'interfaccia metallica del PTFE-.
La fessura si propaga orizzontalmente lungo la linea del liquido. Potrebbe rimanere una crepa superficiale per mesi oppure potrebbe penetrare nel PTFE ed esporre il metallo. Una volta che il metallo viene esposto, inizia la corrosione e il riscaldatore si guasta.
Prevenire la rottura della linea del liquido
La prevenzione più efficace consiste nel posizionare il riscaldatore in modo che la linea del liquido sia ben al di sotto della zona morta dell'interruttore a galleggiante. La parte superiore della sezione riscaldata deve essere almeno 75 mm al di sotto del livello minimo del liquido. Ciò garantisce che il riscaldatore rimanga completamente immerso anche quando il livello è al punto più basso della zona morta.
Un interblocco di basso-livello fornisce una protezione aggiuntiva. L'interblocco interrompe l'alimentazione al riscaldatore se il livello scende al di sotto della soglia di sicurezza. L'interblocco deve essere indipendente dall'interruttore a galleggiante e deve richiedere il ripristino manuale.
Un riscaldatore con una sezione riscaldata più corta che rimane ben al di sotto della normale linea del liquido fornisce un margine contro le fluttuazioni di livello. Se il serbatoio è sufficientemente profondo, il posizionamento della sezione riscaldata nella metà inferiore del serbatoio lo mantiene immerso anche in caso di notevoli diminuzioni di livello.
| Misura di prevenzione | Effetto sulla rottura della linea del liquido | Attuazione |
|---|---|---|
| Posizione del riscaldatore inferiore | Evita la zona morta | Montaggio del riscaldatore |
| Interblocco di basso-livello | Interrompe l'alimentazione a livello basso | Sensore di livello e relè |
| Sezione riscaldata più breve | Mantiene il riscaldatore immerso | Progettazione del riscaldatore |
| Banda morta ridotta | Ciclismo meno livellato | Aggiornamento dell'interruttore a galleggiante |
Misure di prevenzione contro la rottura della linea del liquido nei serbatoi con interruttori a galleggiante
Quando la rottura della linea del liquido indica un problema di progettazione
Un riscaldatore che si rompe sulla linea del liquido nonostante una posizione di montaggio bassa e un interblocco di basso-livello indica che la banda morta dell'interruttore a galleggiante è troppo grande per l'applicazione. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con una sezione riscaldata più corta, una posizione di montaggio più bassa e un interblocco di basso-livello risolve la causa principale della rottura della linea del liquido. Il processo di specifica richiede le dimensioni del serbatoio, la banda morta dell'interruttore a galleggiante, i livelli del liquido normale e minimo e la potenza richiesta. Per gli impianti dotati di controllo del livello con interruttore a galleggiante, questo approccio specifico per l'applicazione riduce le crepe sulla linea del liquido e prolunga la durata del riscaldatore.
