Hladne igle PFA grijača su metalni terminali koji se protežu od vrha hladnog dijela (ne-potopljenog dijela) u razvodnu kutiju, gdje se vrše električne veze. Kada je dužina hladnog pina prekratka, terminali se nalaze preblizu toplom PFA tijelu. Vlaga iz vlage iz okoline kondenzira se na terminalima ako su ispod točke rose. Toplota koja provodi hladne igle održava ih toplim-ali samo ako su igle dovoljno dugačke da stvore termički gradijent. Prekratka dužina hladne igle omogućava da se terminali hlade, promovišući kondenzaciju korozivnih para iz rezervoara (kisela magla, hlor, amonijak) na električne priključke. Kondenzirane hemikalije korodiraju terminale, uzrokujući povećanu otpornost na kontakte, pregrijavanje i eventualni prekid veze. Minimalna dužina hladnog klina za većinu industrijskih primjena je 70-100 mm od PFA hladnog dijela do vrha terminala. Za okruženja sa agresivnom parom (HCl, HF, Cl₂, NH₃), navedite 120–150 mm kako biste osigurali da terminali ostaju iznad tačke rose.
Termički gradijent duž hladne igle
Hladni klin (obično niklovani-bakar ili nerđajući čelik) se proteže od unutrašnjeg grejnog elementa, prolazi kroz hladni deo PFA i završava se u razvodnoj kutiji. Baza hladne igle (ugrađena u PFA) je na povišenoj temperaturi-obično 80–120 stepeni zbog toplote koja se provodi od grijaćeg elementa. Vrh hladne igle (gdje se žice spajaju) treba biti na temperaturi približno- kako bi zaštitio električne veze. Pad temperature duž igle je reguliran jednadžbom toplinske provodljivosti. Za iglu dužine L, poprečnog preseka A, toplotnu provodljivost k (≈ 400 W/m·K za bakar, 15 W/m·K za nerđajući čelik) i gubitak toplote u ambijentalni vazduh konvekcijom (h ≈ 10–20 W/m²·K), profil temperature igle se približava ambijentalnoj dužini eksponentnog karaktera {14} √(k × A / (h × P)), gdje je P perimetar igle. Za bakarnu iglu prečnika 6 mm, A=28 mm², P=19 mm, λ ≈ √(400 × 2.8e-5 / (15 × 0.019))=√(0.0112 / 0.285) {8}√{2}} m=200 mm. Iglici je potrebno približno 200 mm dužine da bi pao na temperaturu približnu ambijentalnoj. Za nerđajući čelik (k=15 W/m·K), λ ≈ √(15 × 2,8e-5 / (15 × 0,019))=√(0,00042 / 0,285)=√0.00147=0.038} mm. Igle od nerđajućeg čelika su kraće jer niža provodljivost stvara strmiji gradijent. Međutim, nehrđajući čelik ima veći električni otpor od bakra, što uzrokuje više omskog zagrijavanja na spoju. Većina kvalitetnih PFA grijača koristi bakrene hladne igle (pozlaćene ili niklovane) za mali električni otpor, što zahtijeva veće dužine.
U praksi, bakarni hladni klin dužine 70–100 mm (od PFA površine do vrha) ima temperaturu vrha 30–50 stepeni iznad ambijentalne pri tipičnim radnim uslovima. Pri 30 stepeni ambijenta, vrh može biti 60–80 stepeni -i dalje iznad tačke rose za većinu uslova. Pri temperaturi od 10 stepeni (hladno okruženje), vrh može biti 40–50 stepeni -i dalje iznad tačke rose za umjerenu vlažnost (60–70% RH). Za agresivne pare, duži igle (120–150 mm) su specificirani kako bi se osiguralo da vrh ostane iznad tačke rose kiselinske ili hemijske pare, koja može biti i do 20–40 stepeni.
Preporuke za dužinu hladnog klina od strane okruženja
| Životna sredina | Tipična ambijentalna temp | Vapor Composition | Tačka rose korozivne pare | Minimalna dužina hladnog igla (bakar) | Preporučeni materijal za igle |
|---|---|---|---|---|---|
| Čisto, suvo u zatvorenom prostoru (kontrolna soba) | 20–30 stepeni | Nema korozivnih para | Nije primjenjivo | 50 mm | Bakar, niklovano{0}} |
| Općenito industrijsko (bez agresivnih para) | 10–40 stepeni | Niska vlažnost, povremeno prašina | 15–25 stepeni | 70 mm | Bakar, niklovano{0}} |
| Linija za nanošenje (kisela magla: HCl, H₂SO₄) | 20–40 stepeni | Kisela magla, 30–80% RH | 30-45 stepeni (kisela tačka rose) | 100 mm | Bakar, pozlaćeno-(otporan na koroziju) |
| Kloriranje ili izbjeljivanje (Cl₂, ClO₂) | 10–50 stepeni | Hlor, vlažan | 35–55 stepeni | 120 mm | Nerđajući čelik (Cu korodira u Cl₂) |
| HF linija za jetkanje (magla fluorovodonične kiseline) | 20–40 stepeni | HF para, vrlo korozivna | 25–40 stepeni | 100 mm | Nerđajući čelik ili monel (Cu napadnut HF) |
| Usluga amonijaka ili amina | 10–30 stepeni | NH₃ para | 15–25 stepeni (nizak) | 70 mm | Bakar (NH₃ napada nerđajući materijal) |
| Vanjski, umjerena klima | -10 do 40 stepeni | Vlažnost ambijenta, kiša | Varira | 100 mm | Bakar sa razvodnom kutijom otpornom na vremenske uslove |
| Vanjski, hladna klima | -20 do 30 stepeni | Ambijent | Ispod 0 stepeni (led) | 120 mm (sa grijačem u razvodnoj kutiji) | Bakar sa grijačem terminala |
| Čista soba (farmaceutska, poluprovodnička) | 20–25 stepeni | HEPA filtrirano, suvo | <10°C | 50–70 mm | Bakar, niklovano{0}} |
| Mokro, vlažno, tropsko | 25–35 stepeni, 90% RH | Visoka vlažnost | 30–33 stepena | 100 mm | Bakar sa zapečaćenom razvodnom kutijom |
Posljedice nedovoljne dužine hladnog klina
Kada su hladne igle prekratke (npr. 30–50 mm) za okolinu, terminali rade hladno (30–50 stepeni u ambijentu od 30 stepeni). Vlaga u zraku se kondenzira na terminalima ako je temperatura terminala ispod točke rosišta. Za ambijent od 30 stepeni sa 80% relativne vlažnosti, tačka rose je 26 stepeni. Terminali na 30 stepeni su malo iznad tačke rose; terminali na 28 stepeni će imati kondenzaciju. U linijama za oblaganje gdje su prisutne kisele magle, kondenzirana vlaga apsorbira HCl ili H₂SO₄, formirajući provodljivu kiselu otopinu na terminalima. Elektrolitička korozija se brzo odvija: bakarni terminali postaju zeleni ili crni, otpor kontakta se povećava, a terminal se zagrijava zbog gubitaka I²R. Korodirani terminal može doseći 100-200 stepeni, otopiti izolaciju žice i uzrokovati električni požar ili kvar uzemljenja. Podaci sa terena iz postrojenja za galvanizaciju pokazuju da grijači s hladnim iglicama kraćim od 70 mm imaju stope korozije terminala 5-10 puta veće od onih sa iglicama od 100 mm. Kratke igle otkazuju za 12–24 mjeseca; duge igle traju 5-8 godina.
Inspekcijski dokazi o nedovoljnoj dužini hladnog iglica: zeleni ili bijeli proizvodi korozije na terminalima, promijenjena boja izolacije žice u blizini priključka, otopljene matice žice ili nabori i povremeni rad grijača (veza se zagrijava, otpor se povećava, grijač se isključuje; priključak se hladi, otpor pada, grijač se uključuje).
Jezik specifikacije za nabavku
Inženjeri koji specificiraju PFA grijače trebali bi uključiti sljedeće zahtjeve za hladne igle:
Minimalna dužina hladnog klina od površine PFA hladnog preseka do vrha terminala: ___ mm (punjenje na osnovu okoline: 70 mm općenito, 100 mm za kiselu maglu, 120 mm za klor ili HF, 150 mm za vanjsku hladnu klimu)
Materijal hladne igle: bakar, niklovano-(standard); bakar, pozlaćen-(za kisele magle); nerđajući čelik 316 (za Cl₂ ili HF); Monel (za HF sa visokim sadržajem hlorida)
Prečnik hladne igle: minimalno 5 mm za bakar, 6 mm za nerđajući čelik (za održavanje čvrstoće i toplotne mase)
Hladne igle moraju biti zapečaćene u PFA hladni dio pomoću oblikovane ili kompresione brtve kako bi se spriječio prodor pare duž sučelja igle
Razvodna kutija mora biti montirana tako da vrhovi terminala budu najmanje 20 mm iznad dna kutije kako bi se kondenzat mogao odvoditi dalje od priključaka
Za postojeće grijače s neadekvatnom dužinom hladnog pina, rješenje za naknadnu ugradnju je proširenje razvodne kutije s odstojnikom (50–100 mm visine, napravljenim od PVC-a, PP-a ili metala) koji pomiče terminale dalje od toplog PFA tijela. Odstojnik dodaje efektivnu dužinu hladnog klina bez promjene grijača. Međutim, odstojnik mora biti zapečaćen za PFA hladni dio kako bi se spriječio prodor pare. Ovaj pristup je manje pouzdan od početne specifikacije ispravne dužine, ali može produžiti vijek trajanja za 1-2 godine u ne-agresivnim okruženjima.
Zaključak: 100 mm Minimum za agresivna parna okruženja
Da biste spriječili koroziju kondenzata na električnim terminalima, odredite dužinu hladnog pina PFA grijača od najmanje 70 mm za opću industrijsku upotrebu i 100–120 mm za agresivna okruženja s parom (kisela magla, hlor, HF, amonijak). Bakarne hladne igle sa niklovanim ili pozlaćenim slojem obezbeđuju nisku električnu otpornost, ali zahtevaju veće dužine (100-150 mm) da bi se postigao potreban termički gradijent. Igle od nehrđajućeg čelika su kraće (dovoljno 40-70 mm), ali imaju veću električnu otpornost i potrebne su za Cl₂ i HF servis gdje bakar korodira. Inženjeri moraju odgovarati dužini hladnog klina, materijalu i uslovima okoline. Dodatni trošak dužih hladnih iglica (zanemarljiv-granični trošak materijala) je trivijalan u poređenju sa troškovima korozije terminala, kvara veze i potencijalne opasnosti od požara. Grijač koji savršeno radi 10 godina, ali pokvari električnu energiju zbog korodiranih terminala nakon 2 godine nije-grijač visokog kvaliteta-već ima grešku u specifikaciji hladnog igla. Eksplicitno navedite dužinu i pregledajte prijemne grijače kako biste potvrdili usklađenost. Hladna igla je mala karakteristika sa velikim uticajem na pouzdanost. Ne ostavljajte ga na zadanu vrijednost proizvođača.
