1.5 mm PFA シースが浸食破壊なしに耐えることができる最大粒子速度はどれくらいですか?

研磨スラリー サービスでは、-採掘、顔料製造、触媒の取り扱い-流体に含まれる固体粒子が PFA ヒーター シースに衝突し、壁の厚さを徐々に侵食します。 1.5 mm PFA シース (一般的な工業用ヒーターに典型的) の場合、侵食破壊に至るまでの最大粒子速度は、粒子の硬度、サイズ、濃度、衝撃角度の関数です。ケイ砂 (モース硬度 7、平均直径 200 μm、重量 5%) の場合、最大許容速度は 2 年間の耐用年数で 2.5 ～ 3.0 m/s (8,000 稼働時間/年を想定) です。 3.5 m/s を超えると、浸食は年間 0.5 mm に近づき、1.5 mm の壁は 2 年以内に 1.0 mm 未満に減少し、浸透と機械的破損が発生する可能性があります。より硬い粒子（アルミナ、モース硬度 9）の場合、最大速度は 1.5 ～ 2.0 m/s に減少します。より柔らかい粒子 (モース 3 の石灰岩) の場合、最大 5.0 m/s の速度が許容されます。浸食速度は E=k × vn で与えられます。ここで、PFA の場合は n=2.5-3.5 です。

速度制約と侵食率の計算
PFA の浸食速度は E=C (v)^3.2 (d)^0.7 (H_p/H_t)^1.2 で定義されます。ここで、E は mm/年、v は速度 (m/s)、d は粒子直径 (mm)、H_p はモース単位の粒子硬度、H_t は目標硬度 (PFA ~2.5 モース)、C は濃度に依存する定数です-。 2 wt% のケイ砂 (d=0.2 mm、H p =7) の場合、C は約 0.015 です。 v=2.5 m/s では、E=0.015 × (2.5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/年。 2+ 年 (16000 時間) で侵食=0.68 mm は 1.5 mm から始まり、信頼性の高いサービスの限界で残存厚さ=0.82 mm - (最小 0.8-1.0 mm を推奨)。 v=3.0 m/秒では、E=0.015 x (3.0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 mm/年、2年で1.20 mm、わずか0.30 mm-許容できません。したがって、このグループの粒子の場合、1.5 mm の壁で 2 年間の寿命に対する最大安全速度は 2.7 m/s です。

アルミナの場合 C ~ 0.025 (H_p=9、d=0.1 mm、濃度 =1%) v=1.8 m/s で、E=0.025 × (1.8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/年、2 年で 0.51 mm、残り 0.99 mm - は許容範囲内。 v=2.0 m/s、E=0.025 × (2.0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/年、2 年で 0.60 mm、残り 0.90 mm – わずかですが許容範囲です。 v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 mm/年、2 年で 1.13 mm、残り 0.37 mm-許容不可

材料別の最大粒子速度 (寿命 2 年、壁厚 1.5mm)
Particle Hardness (Mohs) MaterialTypical Size (microns)Max Velocity (m/s) for 2 Year Life Erosion Rate at Maximum Velocity (mm/yr)Remaining Thickness After 2 Years (mm) Polymer pellets (HDPE, PP) 1-2 2,000-5,000 >5.0 <0.10 >1.3 炭酸カルシウム（石灰石）3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
塩化ナトリウム（塩の結晶）2.5 200-500 4.0-4.5 0.20-0.25 1.00-1.10
銅鉱石（黄銅鉱）3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
鉄鉱石（赤鉄鉱） 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0.90
シリカサンド（石英）7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
シリカサンド7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
ガラスビーズ 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1.00 アルミナ (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1.00
炭化ケイ素 (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
ジルコニア (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
フライアッシュ（混合） 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1.00
実際的な影響と緩和策
既存の設備の場合は、ピトー管または超音波流量計を使用してヒーター全体の局所的な流速を測定します。流れの狭窄により速度がバルクタンクの速度の 1.5 ～ 2.5 倍になるため、測定点はヒーターの上流側の表面から 50 mm 離れた位置に配置されます。記録された速度が粒子タイプの最大値よりも高い場合は、修正措置を講じてください: (1) フローディフレクター (多孔板) をヒーターの 50 ～ 100 mm 上流に取り付けて、局所的な速度を最小限に抑えます。デフレクターを正しく構築すると、ヒーターでの速度を 40 ～ 60% 低減できます。 (2) ヒーターの壁厚を 2.5 ～ 3.0 mm に増やすと、同じ浸食許容値で許容速度が 30 ～ 50% 増加します。 (3) ポンプ速度を下げるか、可変周波数モーターを使用して循環速度を下げます。 (4) ヒーターの向きを変更する: ヒーター軸に平行な流れを持つ垂直ヒーターは、流れに垂直な水平ヒーターよりも侵食が大幅に少なくなります (5 ～ 10 倍)。スラリーサービスの場合、ヒーターは垂直方向にのみ取り付ける必要があり、流れはヒーターの長さ全体にわたって横方向ではなく軸方向である必要があります。

すでに研磨サービスを受けている 1.5 mm PFA シースは、毎年厚さを測定する必要があります。超音波ゲージを使用して、3 つの異なる高さ、円周上の 4 つの異なる場所で測定を行います。減肉が 0.2 mm/年を超える場合、速度は安全限界を超えます。残りの厚さ 1.0 mm での交換を計画し、厚さ 1.0 mm 未満で交換用ヒーター. 1.5 mm のシースを操作する場合は速度を下げる手順を実行してください。予期しない穿孔、槽の汚染、地絡の危険性があります。

結論: 珪砂では最大 2.5 ～ 3.0 m/s
2.5-3.0 m/秒は、珪砂スラリー（モース 7、100-200 mm、濃度 2～5%）中の 1.5 mm PFA シースの 2 年間の連続運転で浸食破壊が起こらない最大粒子速度です。速度が増加すると浸食は年間 0.5 mm を超え、2 年後には壁の厚さが許容最小値の 0.8 ～1.0 mm を下回ります。より丈夫な粒子 (アルミナ、SiC) の場合、最大速度は 1.5 ～ 2.0 m/s に減少します。柔らかい粒子（石灰石、塩）の場合、最大 4.5 m/s の速度が許容されます。エンジニアはバルク流量ではなく、局所的な速度を測定する必要があります。必要なプロセス速度が粒子タイプの最大値を超える場合は、より厚い PFA 壁 (2.5 ～ 3.0 mm) を指定するか、速度を下げる措置を講じてください。 1.5 mm シースは、低速、低濃度、または軟粒子スラリー専用です。. 1.5 mm は、他の設計品質が存在する場合でも、高速硬粒子サービスには適していません。 1.5 mm の壁は最も一般的な工業用の厚さですが、研磨性能の観点からは不適切な選択となることがよくあります。侵食率を計算してご指定ください。迷ったときは厚くしてください。侵食は容赦ない。