Poate un încălzitor PFA cu o plasă metalică încorporată în stratul exterior să ofere detectarea-defecțiunilor la sol fără a expune metalul?

Metoda obișnuită de detectare a defecțiunilor la pământ la încălzitoarele PFA este măsurarea curentului de scurgere de la elementul de încălzire la lichidul de proces. Dacă învelișul PFA este fisurat sau permeabil, atunci lichidul se întâlnește cu miezul metalic și se formează o cale conductivă. Cu toate acestea, până când se întâmplă acest lucru, încălzitorul este deja grav deteriorat. Defecțiunile pot fi detectate mai devreme fără a expune metalul gol la procesul coroziv prin utilizarea unui încălzitor PFA cu o plasă metalică implantată în stratul exterior (între două straturi PFA). Plasa este de obicei din oțel inoxidabil sau nichel și este cuplată la un monitor de eroare la pământ. Atunci când stratul exterior de PFA este rupt (abrasat, atacat chimic sau crăpat), lichidul de proces intră în contact cu plasa încorporată completând un circuit la masă și provocând o alertă sau oprire. Stratul interior de PFA rămâne pe loc, astfel încât miezul metalic nu intră în contact cu baia și o contaminează. Această configurație permite detectarea deteriorării învelișului în timp ce bariera principală (PFA interioară) rămâne complet funcțională. Detectează în mod fiabil deteriorarea mecanică, abraziunea și atacul chimic, dar nu detectează pătrunderea (difuzie moleculară prin PFA intact).

Principiul Construcției și Detectării
Încălzitorul are o structură cu trei straturi: PFA interior (1,0-1,5 mm) peste miezul metalic, o plasă conductivă (0,1-0,3 mm grosime, 50-80% zonă deschisă) și PFA exterior (0,3-0,5 mm) peste ochiuri. Mesh-ul este conectat la un monitor de eroare la pământ (dedicat sau un GFCI obișnuit cu un prag mai mic, 1–5 mA). În timpul funcționării normale, plasa este izolată de lichidul de proces prin PFA exterior. Rețeaua plutește la pământ (sau la tensiunea de referință). Dacă stratul exterior este spart - de o zgârietură, uzură sau crăpătură - lichidul conductor atinge plasa. Curentul de scurgere (de obicei 0,5-5mA) trece de la elementul de încălzire (120-480VAC) prin PFA interior (cuplaj capacitiv sau defect) prin plasă la masă. Monitorul vede acest curent și fie oprește încălzitorul, fie emite o alarmă. Stratul interior de PFA rămâne pe loc și fluidul de proces nu atinge miezul metalic. Încălzitorul poate fi înlocuit înainte de apariția unei defecțiuni catastrofale sau a contaminării băii.

Rețeaua de plasă ar trebui să fie construită astfel încât să nu se formeze nicio cale de cuplare capacitivă care poate genera deplasări false. Pentru un încălzitor de 1 m² cu o plasă din oțel inoxidabil (acoperire 50%), capacitatea dintre elementul de încălzire și plasă este de ordinul 50-200 pF. Curentul capacitiv de scurgere este de 0,5-2 μA la 60 Hz, ceea ce este mult sub pragurile de declanșare convenționale (1-5 mA). Deplasările false prin cuplare capacitivă nu reprezintă o problemă. Totuși, plasa trebuie să fie izolată electric de miezul metalic. Orice contact direct generează o eroare permanentă la pământ. În timpul fabricării, stratul interior de PFA trebuie să nu aibă orificii, iar plasa trebuie să fie pusă fără a perfora stratul interior.

Succesul detectării modului de eșec
Modul de defecțiune Eșec PFA exterior Încălcare PFA interioară ?Posibilitatea detectării rețelei? Avantaj de timp față de GFCI convențional
Abraziune (strat exterior uzat) Da Nu Da De la luni la ani
Zgârierea cu unealtă sau detritusDa Nu Da De la luni la ani
Atacul chimic (deteriorarea suprafeței) Da (în timp) Nu (la început) Da Săptămâni până la luni
Cracare termică (ciclare) Da (propagarea fisurii spre exterior) Încă nu Da Săptămâni până la luni
Daune de impact (înghițire) Da (dacă este încălcat exterior) Nu Poate luni
Permeație (difuzie moleculară) Nu (integritate) Nu Nu (fără contact cu lichidul) Niciuna (la fel ca implicit)
Orificiu în două straturi (defect de fabricație) Da Da Da (dar miezul expus) Nici unul (vechiul GFCI se declanșează în același timp)
Crăpătură în stratul interior (exterior fin) Nu Da Nu (lichidul ajunge la miez, nu ochiuri) Niciuna (GFCI convențional detectează expunerea miezului)
Performanță și limitări pe teren
Experimentele pe teren ale încălzitoarelor PFA încorporate cu plasă în serviciul de șlam abraziv (nisip siliciu, 2 m/s, 80 grade) pe parcursul a 2 ani au rezultat în timpul testului 12 dintre cele 50 de încălzitoare au avut o breșă a stratului exterior (verificată prin scăderea rezistenței de izolație între plasă și sol). Stratul interior de PFA a fost intact în toate cele 12 cazuri. Detectorul de plasă s-ar fi declanșat la 1-2 ore după ce stratul exterior a fost spart, dar un GFCI standard (care detectează scurgerile din miez) nu ar fi făcut-o, deoarece miezul era încă izolat. Grosimea medie de PFA interioară rămasă la alertă a fost de 1,1-1,4 mm (începând cu 1,5 mm) - o mulțime de barieră rămasă. Fără plasă, aceste încălzitoare ar fi fost active până la ruperea stratului interior (estimată 3-9 luni mai târziu), moment în care ar avea loc contaminarea băii. Plasa a dat un avertisment cu 3-9 luni în avans.

În serviciul chimic (30% HCI, 90 de grade), cinci încălzitoare au avut fisurarea stratului exterior din cauza ciclurilor termice. Plasa a fost capabilă să le detecteze pe toate cele cinci la 1-2 cicluri după debutul fisurii. Un GFCI standard nu s-ar fi declanșat până când fisura sa propagat în stratul interior (20 până la 50 de cicluri mai târziu). Mesh-ul a dat din nou o bună avertizare timpurie. După cum era de așteptat, nu s-au observat eșecuri de permeație (difuzie moleculară a acidului prin PFA intact) de plasă. Pentru aplicațiile în care permeația este modul major de defecțiune (de exemplu HF concentrat la temperatură ridicată), plasa oferă puțin avantaj.

Instalare și monitorizare
Plasa are nevoie de propria sa conexiune electrică – un al treilea fir în cablul de încălzire (în plus față de linie, neutru și împământare). Doriți ca pământul de plasă să fie separat de pământul de bază pentru a nu face confuzie. Este o practică standard să conectați rețeaua la monitor și monitorul la împământarea sistemului.

Plasa adaugă 15-30% la costul încălzitorului.