Voor een 1 mm dunne PFA-wand in schurende slurrygebruik bij 1,5 m/s is de maximaal toegestane deeltjesgrootte om putvorming te voorkomen (gelokaliseerde erosie dieper dan 0,1 mm/jaar) 150–200 µm voor harde deeltjes (silica, aluminiumoxide, Mohs 7–9) en 300–400 µm voor zachte deeltjes (calciumcarbonaat, polymeerkorrels, Mohs 3–4). Grotere deeltjes veroorzaken putjes omdat hun impactenergie (E ∝ d³ × v²) de kritische drempel voor PFA-opbrengst overschrijdt. Een silicadeeltje van 300 µm bij een snelheid van 1,5 m/s genereert een impactenergie van ongeveer 0,5 µJ, genoeg om een micro-krater (5–10 µm diep) op het PFA-oppervlak te creëren. Herhaalde inslagen vergroten de krater tot een put. Bij een wand van 1 mm verkorten putten dieper dan 0,3 mm (30% van de dikte) de levensduur aanzienlijk. Om putvorming te voorkomen, beperkt u de deeltjesgrootte tot<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
Impactenergie en pittingdrempel
De kritische deeltjesgrootte d_crit is afgeleid van het erosiemodel: d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3), waarbij H_PFA de hardheid is (≈ 65 Shore D, ≈ 20 MPa inkeping). Voor silica (ρ=2,650 kg/m³), v=1.5 m/s, d_crit ≈ 180 µm.
Grotere deeltjes veroorzaken putjes omdat:
Ze hebben een hogere kinetische energie (schalen met d³)
Ze creëren een diepere inkeping (schalen met d)
Ze hebben de neiging om onder grotere hoeken te botsen (minder rotatie)
Voor een wand van 1 mm reduceert een putdiepte van 0,3 mm de resterende dikte tot 0,7 mm – nog steeds acceptabel. Maar putten fungeren als stressconcentratoren. Zodra putvorming begint, versnelt de erosiesnelheid lokaal.
Deeltjesgroottelimieten per materiaal
| Deeltjesmateriaal | Hardheid (Mohs) | Dichtheid (kg/m³) | Maximale grootte voor 1 mm wand (μm) bij 1,5 m/s | Verwachte putdiepte (μm/jaar) | Aanbeveling |
|---|---|---|---|---|---|
| Kiezelzand | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | Aanvaardbaar |
| Aluminiumoxide | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | Marginaal |
| Siliciumcarbide | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | Niet aanbevolen |
| Glazen kralen | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | Veilig |
| Kalksteen (CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | Veilig |
| Polymeerpellets (HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | Veilig |
| Metaalboetes (staal) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | Aanvaardbaar |
| Vliegas | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | Aanvaardbaar |
Invloed van snelheid op kritische deeltjesgrootte
| Snelheid (m/s) | Kritische d voor silica (μm) | Putdiepte (µm/jaar) bij d=200 µm | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | Veilig (geen pitting) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | Aanvaardbaar |
| 1.5 | 180 | 30–50 | Marginaal voor dunne wand |
| 2.0 | 120 | 80–120 | Hoog risico voor 1 mm wand |
| 2.5 | 90 | 150–200 | Onaanvaardbaar |
| 3.0 | 70 | 250–300 | Snelle mislukking |
Praktische handleiding voor 1 mm PFA-wand
| Servicevereiste | Maximale deeltjesgrootte | Maximale snelheid | Verwachte levensduur (jaren) |
|---|---|---|---|
| Harde deeltjes (silica, aluminiumoxide) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| Harde deeltjes | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| Harde deeltjes | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| Zachte deeltjes (kalksteen, glas) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| Eventuele deeltjes | N/A | <0.5 m/s | 5–10 (verwaarloosbare erosie) |
Veldvoorbeeld
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150 µm. De 1 mm wandverwarmer ging toen 3 jaar mee.
Detectie van putjes
Inspecteer het verwarmingsoppervlak met een vergrootglas (10–20×). Pitten verschijnen als kleine kraters (0,2–1 mm diameter). Meet de putdiepte met een dieptemeter of met een fijne naald. Als de putdiepte groter is dan 0,3 mm op een muur van 1 mm, moet vervanging binnen 6 maanden worden gepland. Als meerdere putjes groter zijn dan 0,5 mm, vervang ze dan onmiddellijk.
Mitigatie voor te grote deeltjes
Installeer een scherm of filter upstream to remove particles >200 µm.
Verlaag de stroomsnelheidmet 20-30% (de erosie daalt met 50-70%).
Gebruik een dikkere muur(2–3 mm) – maakt diepere putjes mogelijk vóór perforatie.
Gebruik een slijthuls(PTFE, 1–2 mm) die vervangen kunnen worden (zie artikel #64).
Conclusie: Voor een wand van 1 mm bij 1,5 m/s is de maximale deeltjesgrootte kleiner dan of gelijk aan 150–200 µm voor harde schuurmiddelen
Voor een PFA-verwarmer met een wanddikte van 1 mm in schurende slurry bij 1,5 m/s is de maximaal toegestane deeltjesgrootte om putvorming te voorkomen 150–200 µm voor harde deeltjes (silica, aluminiumoxide) en 300–400 µm voor zachte deeltjes (kalksteen, glas). Grotere deeltjes veroorzaken inslagkraters (putten) die na verloop van tijd dieper worden, waardoor de dunne wand wordt geperforeerd. Als te grote deeltjes niet kunnen worden verwijderd, verhoog dan de wanddikte tot 2-3 mm, verlaag de snelheid of installeer een slijthuls. Een muur van 1 mm is kwetsbaar. Het is niet bestand tegen grote, harde deeltjes. Grootte is belangrijk. Filter ze eruit, vertraag of dikker. De levensduur van uw verwarming hangt af van de deeltjesbeheersing. Meet uw mest, ken uw deeltjes en ontwerp dienovereenkomstig. Bij schuurwerkzaamheden zijn dunne wanden riskant. Dikke muren zijn veiliger. Kies verstandig.
