Tyli, požeminė panardinamųjų šildytuvų grėsmė
Panardinamojo šildytuvo PTFE apvalkalas plačiai vertinamas kaip puikus cheminis barjeras, atsparus beveik bet kokiam koroziniam poveikiui. Tačiau tai nėra tobula, nepralaidi siena. Per tūkstančius valandų tarnavimo karštoje vandens vonioje per polimerą lėtai prasiskverbia tylus, nematomas priešas: vandens garai. Šios mažos, energingos molekulės pasklinda per apvalkalo sienelę ir į tariamai sausą, izoliuojančią šaltos zonos širdį, kur gali kondensuotis ir pradėti lėtą, slaptą ataką prieš šildytuvo elektrinį vientisumą. Reiškinys,vandens garų pralaidumo PTFE šaltos zonos izoliacijayra vienas subtiliausių, tačiau nuolatinių gedimo mechanizmų pramoninėje šildymo įrangoje.
Prasiskverbimo mechanizmo supratimas
Kaip vandens garai migruoja per PTFE
Prasiskverbimas yra trijų{0}}pakopų molekulinis procesas. Pirma, vandens garų molekulės adsorbuojasi ant išorinio PTFE apvalkalo paviršiaus. Tada jie ištirpsta į amorfines polimerinės matricos sritis. Galiausiai jie pasklinda per medžiagą ir desorbuojasi vidinėje pusėje. Šio transportavimo greitis yra neįtikėtinai lėtas-dažnai matuojamas mikrogramais per dieną-, tačiau per ilgą šildytuvo eksploatavimo laiką bendras poveikis yra neabejotinai tikras.
Vandens prasiskverbimo per PTFE greitis tiesiogiai priklauso nuo dviejų pagrindinių kintamųjų: supančio skysčio temperatūros ir apvalkalo sienelės storio. Aukštesnė vonios temperatūra suteikia daugiau kinetinės energijos vandens molekulėms, padidindama jų difuzijos greitį per polimerą. Ir atvirkščiai, storesnė PTFE sienelė suteikia ilgesnį kelią, proporcingai sumažindama garų, kurie laikui bėgant pasiekia šaltąją zoną, masę.
Kondensatas magnio oksido izoliacijoje
Kai vandens garai sėkmingai peržengia PTFE barjerą, jie patenka į šaltą šildytuvo zoną-, kuri lieka žemiau skysčio lygio, bet nėra aktyviai šildoma. Šioje šaltoje zonoje temperatūra yra žymiai žemesnė nei karštoje zonoje. Dėl to vandens garai iš karto kondensuojasi ant vėsesnių vidinių paviršių ir iš dujų virsta skystu vandeniu. Tada ši sugerta drėgmė tiesiogiai sąveikauja su magnio oksido (MgO) izoliacijos milteliais.
Vandens garai yra lėtas, tylus potvynis, prasiskverbiantis per polimerą ir sudrėkinantis sausą, izoliuojančią šildytuvo širdį. Skystas vanduo, patekęs į MgO, izoliaciją atakuoja dviem skirtingais būdais:
Fizinis varžos sumažinimas– Vanduo veikia kaip silpnai laidus kelias, iš dalies ištirpdydamas MgO esančias jonines priemaišas ir sukurdamas nuotėkio srovę per šaltąją zoną.
Cheminis miltelių drėkinimas– Vanduo reaguoja su magnio oksidu ir susidaro magnio hidroksidas (Mg(OH)2). Ši hidratacijos reakcija pakeičia izoliacijos kristalinę struktūrą ir dar labiau pablogina jos dielektrines savybes.
Abu mechanizmai prisideda prie laipsniško, dažnai negrįžtamo izoliacijos varžos mažėjimo. Šį pablogėjimą galima patikimai išmatuoti naudojant standartinį meggerio testą, kuris taiko aukštą nuolatinę įtampą, kad aptiktų nuotėkio sroves per pažeistą izoliaciją.
Procesą pagreitinantys veiksniai
Temperatūra kaip pagrindinis veiksnys
Norma išvandens garų pralaidumo PTFE šaltos zonos izoliacijaskilimą stipriai pagreitina aukštesnė skysčio temperatūra. Kaskart padidinus vonios temperatūrą 10 laipsnių, prasiskverbimo greitis padvigubėja. Į šildytuvą, nuolat veikiantį 90 laipsnių kampu, per savo eksploatavimo laiką gali patekti dešimt kartų daugiau drėgmės nei į identišką šildytuvą, veikiantį 60 laipsnių kampu, o visa kita yra vienoda.
Medžiagų parinkimas ir pralaidumo skirtumai
Ne visi fluoropolimero apvalkalai veikia vienodai. PTFE turi gana atvirą amorfinę struktūrą, per kurią gali migruoti vandens garai. PFA (perfluoralkoksialkanas), priešingai, turi vingiesnę molekulinę struktūrą-polimero grandinės yra išdėstytos taip, kad būtų sukurtas ilgesnis ir labiau vingiuotas molekulių difuzijos kelias. Todėl PFA yra maždaug perpus pralaidesnis vandens garams nei PTFE. Tais atvejais, kai ilgesnis šaltosios zonos izoliacijos tarnavimo laikas yra labai svarbus, patobulintas PFA apvalkalas žymiai pagerina standartinį PTFE.
Stebėsenos ir mažinimo strategijos
Laipsniškas izoliacijos atsparumo mažėjimas dėl drėgmės patekimo nėra nenuspėjamas gedimas. Jį galima anksti aptikti atliekant įprastinius meggerio testus. Staigus rodmenų kritimas arba nuolat maža vertė žemiau 1 megaohm dažnai rodo didelį drėgmės susikaupimą šaltoje zonoje.
Įrodyta korekcinė priemonė yra periodiškas kepimas-iš šildytuvo. Išjungus šildytuvą ir naudojant kontroliuojamą šilumą (paprastai 120–150 laipsnių kelias valandas) sausoje aplinkoje, susikaupusi drėgmė pašalinama atvirkštinės difuzijos būdu. Šis procesas gali atkurti izoliacijos atsparumą beveik iki pradinio lygio, jei cheminė MgO hidratacija nėra per daug pažengusi į priekį. Naujiems įrengimams nurodant storą -sienę, didelio-kristalumo PTFE apvalkalą-arba dar geriau, PFA apvalkalas{10}}suteikia veiksmingiausią ilgalaikę{11}} apsaugą.
Išvada: valdomas senėjimo procesas
Vandens garų prasiskverbimas per PTFE ir vėlesnis jo kondensavimasis šaltosios zonos magnio oksido izoliacijoje yra lėtas, neišvengiamas, bet visiškai valdomas panardinamojo šildytuvo senėjimo procesas. Poveikis izoliacijos varžai gali būti patikimai stebimas atliekant megaomų bandymus ir sušvelninamas apgalvotai parenkant medžiagą ir periodiškai džiovinant terminiu būdu. Netgi chemiškai inertiškiausias polimero barjeras palaiko subtilų, ilgalaikį dialogą su paprasčiausiomis{2} vandens molekulėmis. Atpažindami šį dialogą, inžinieriai gali numatyti, išmatuoti ir valdyti gedimo režimą, kuris kitu atveju liktų paslėptas, kol bus per vėlu.
