De uitdaging van schurende slijtage bij het voorverwarmen van biogas
Het effluent van de anaërobe vergister bevat gesuspendeerde silicadeeltjes uit zand, grond en minerale residuen die met grondstoffen naar de vergister worden vervoerd. Deze deeltjes, doorgaans met een diameter van 20 tot 150 micron bij concentraties van 500 tot 3000 mg/l, creëren een erosieve omgeving voor elektrische verwarmingselementen. De PFA-inkapselingshardheid, gemeten op de Shore D-schaal, bepaalt rechtstreeks hoe diep schurende deeltjes het polymeeroppervlak bij langdurig gebruik uithollen. Veldgegevens van 36 agrarische en gemeentelijke vergisters laten zien dat het verhogen van de PFA-hardheid van Shore D 65 naar 72 de erosieve slijtagediepte met 55% tot 65% vermindert na 8760 uur continu gebruik.
Hardheidseffect op deeltjesimpacterosie
De erosiesnelheid van polymeren door zwevende schurende deeltjes volgt een machtswet-relatie met de materiaalhardheid. Voor PFA in het Shore D-bereik van 60 tot 75 vermindert elke één{4}}puntstoename in hardheid de volumetrische erosiesnelheid met ongeveer 8% bij identieke deeltjesbelasting en stroomsnelheid. Standaard ongevulde PFA-kwaliteiten meten doorgaans Shore D 65 tot 67 na het vormen. Geharde PFA-kwaliteiten die Shore D 71 tot 73 bereiken, bevatten 10 tot 15 gewichtsprocent glasvezel- of koolstofvezelversterking die de oppervlakteweerstand tegen het binnendringen van deeltjes verhoogt. Dwarsdoorsnedemicroscopie van verwarmingsmonsters uit vergisters die werken met een stroomsnelheid van 1,2 m/s en een silicabelasting van 1500 mg/l laat zien dat Shore D 65 PFA na één jaar een gemiddelde erosiediepte van 0,28 mm ontwikkelt. Shore D 72 PFA vertoont onder identieke omstandigheden een gemiddelde diepte van 0,11 mm, een reductie van 61%.
Afhankelijkheid van het slijtagepatroon van de hoek van de stroomimpingement
De hoek waaronder schurende deeltjes het verwarmingsoppervlak raken, wijzigt het voordeel van de hardheid. Loodrechte botsing (hoek van 90- graden) veroorzaakt maximale erosie omdat de kinetische energie van de deeltjes volledig wordt overgedragen op het polymeeroppervlak. Bij loodrechte impact vertoont Shore D 72 PFA 52% minder erosie dan Shore D 65-kwaliteit. Een ondiepe -botsing onder een hoek (15 tot 30 graden) veroorzaakt voornamelijk glijdende slijtage in plaats van kratervorming. Onder ondiepe hoekomstandigheden neemt het hardheidsvoordeel af tot 30% tot 35% omdat het dominante slijtagemechanisme verschuift naar snijden en ploegen, waarbij hardheid minder bescherming biedt dan breuktaaiheid. In anaërobe vergisterconfiguraties waarbij verwarmingselementen verticaal evenwijdig aan de stroming zijn geplaatst, variëren de botsingshoeken doorgaans van 30 tot 60 graden, wat een effectief hardheidsvoordeel oplevert van 45% tot 50% voor de hardere kwaliteit.
Interacties tussen temperatuur en deeltjesgrootte
De bedrijfstemperatuur van de vergister wijzigt de effectieve erosieweerstand van beide hardheidsgraden. Bij 35 tot 40 graden (mesofiele vertering) behoudt Shore D 65 PFA het grootste deel van zijn omgevingshardheid en erosieweerstand. Bij 55 tot 60 graden (thermofiele vertering) wordt hetzelfde polymeer zachter, waarbij Shore D met 3 tot 4 punten afneemt. Shore D 72 harde kwaliteit bij 55 graden meet ongeveer Shore D 68, nog steeds harder dan de standaard kwaliteit bij kamertemperatuur. De deeltjesgrootte heeft ook invloed op het voordeel van de hardheid. Voor deeltjes kleiner dan 50 micron levert het hardheidsverschil tussen de kwaliteiten slechts 25% erosiereductie op, omdat kleine deeltjes schuren door polijsten in plaats van kraters. Voor deeltjes groter dan 100 micron bedraagt het hardheidsvoordeel meer dan 70%, omdat grotere deeltjes diepere inslagkraters creëren waar de hardheid direct weerstand biedt aan penetratie.
Lange-slijtageprojecties op lange termijn per hardheidsgraad
| Vergistertype en deeltjeslading | PFA-hardheid (Shore D) | Voorspelde erosiediepte na 1 jaar | Geprojecteerde tijd tot 0,5 mm slijtage (foutdrempel) |
|---|---|---|---|
| Thermofiel (55 graden), hoog zand (2500 mg/L), grote deeltjes | 71 tot 73 (harde graad) | 0,20 tot 0,25 mm | 2,0 tot 2,5 jaar |
| Thermofiel (55 graden), hoog zand (2500 mg/L), grote deeltjes | 65 tot 67 (standaard) | 0,45 tot 0,55 mm | 0,9 tot 1,1 jaar |
| Mesofiel (38 graden), matig zand (1000 mg/L), gemengde maten | 71 tot 73 (harde graad) | 0,08 tot 0,12 mm | 4,0 tot 6,0 jaar |
| Mesofiel (38 graden), matig zand (1000 mg/L), gemengde maten | 65 tot 67 (standaard) | 0,18 tot 0,24 mm | 2,0 tot 2,8 jaar |
| Vergister met laag vastestofgehalte (< 300 mg/L silica), any temperature | 65 tot 67 (standaard) | 0,05 tot 0,08 mm | 6,0 tot 10,0 jaar |
Interactie van oppervlakteafwerking met erosiesnelheid
De aanvankelijke oppervlaktegladheid van PFA-verwarmers werkt samen met de hardheid om de erosievoortgang te bepalen. Gladde oppervlakken (Ra < 0,8 µm) op harde PFA van -kwaliteit handhaven gedurende langere perioden lage erosiesnelheden omdat de afwezigheid van initiële spanningsconcentratieplaatsen plaatselijke versnelling van de slijtage voorkomt. Ruwe oppervlakken (Ra > 1,5 µm) op dezelfde harde kwaliteit ontwikkelen na 2000 uur een slijtagesnelheid die die van gladde oppervlakken van standaard-kwaliteit benadert, omdat de aanvankelijke oneffenheden favoriete erosieplaatsen creëren. Ingenieurs die harde- PFA voor schurende toepassingen specificeren, moeten ook een gegoten, gladde afwerking vereisen met Ra onder 0,8 µm om de volledige erosiereductie van 60% te bereiken. De combinatie van Shore D 72 hardheid en Ra 0,6 µm afwerking levert na één jaar in hoge-zandvergisters een 70% lagere erosiediepte op dan Shore D 65 met Ra 1,8 µm.
Specificatierichtlijnen voor de selectie van de vergistervoorverwarmer
Voor anaërobe vergisters die grondstoffen verwerken met concentraties silicadeeltjes van meer dan 500 mg/l, levert het specificeren van PFA-inkapseling met een Shore D-hardheid van minimaal 71 een meetbare verlenging van de levensduur van de verwarming op. De wanddikte moet worden vergroot tot 2,5 mm bij gebruik van PFA van harde- kwaliteit om de verminderde maar nog steeds aanwezige erosie op te vangen zonder de verwarmingskern bloot te leggen. PFA van standaard-kwaliteit is acceptabel voor vergisters met effectieve gritverwijderingssystemen of voor vergisters die werken met een hoeveelheid gesuspendeerd silica van minder dan 500 mg/l. Wanneer u offertes aanvraagt, moet u gecertificeerde Shore D-hardheidsmetingen van de leverancier vereisen, samen met documentatie van het wapeningstype en het belastingspercentage, aangezien koolstofvezelwapening hardheid bereikt via een ander mechanisme dan glasvezel en de thermische geleidbaarheid op een andere manier kan beïnvloeden.
