Quelle est la vitesse d'écoulement maximale réaliste pour un réchauffeur PFA immergé dans une boue de billes de verre sans usure érosive ?

The PFA heater sheaths are a little bit abrasive to glass beads (diameter 200 µm, Mohs hardness 5–6). Sharp silica sand cuts more, round glass beads less cutting and more surface fatigue. The critical velocity for the commencement of detectable erosion (wall thinning >0,1 mm/an) est de 3,5 à 4,0 m/sec pour un mur en PFA de 2 mm. Pour une durée de vie plus longue (5 ans, 40 000 h), la vitesse d'écoulement la plus élevée possible est de 2,5 à 3,0 m/s, ce qui limite l'érosion à 0,2 à 0,3 mm/an. Au-dessus de 4,5 m/s, les taux d’érosion augmentent rapidement jusqu’à 0,8-1,2 mm/an, érodant le mur jusqu’à 1 mm en 1 à 2 ans. Les boues de billes de verre sont moins érosives que le sable de silice et plus érosives que les granulés de polymère. Pour des vitesses supérieures à 3,5 m/sec, spécifiez une paroi PFA plus épaisse (3 mm) ou un manchon d'usure remplaçable.

Mécanisme d’érosion des particules sphériques ou angulaires
La concentration de contraintes sur la surface du PFA induite par les billes de verre sphériques est inférieure à celle des particules angulaires. Mais la forme ronde répartit la puissance d’impact sur une région plus large, limitant ainsi le nombre de coupes locales. L'érosion se produit par fatigue. Les impacts répétés entraînent des microfissures qui se rejoignent pour former des creux. Le taux d'érosion est proportionnel à E=kv^n, avec n=2.5-3.0 pour les particules sphériques (vs. 3.0-3.5 pour les angulaires). À 3 m/s, les billes de verre s'érodent à une vitesse de 0,15 à 0,25 mm/an, le sable de silice à la même vitesse s'érode à une vitesse de 0,4 à 0,6 mm/an. Les billes de verre sont 2 à 3 fois moins destructrices.

Cela rend les réchauffeurs PFA plus adaptés au service de boues de billes de verre (par exemple, broyeurs à billes avec agitateur, classificateurs à lit fluidisé) qu'au service de sable de silice.

Taux d'érosion par rapport à la vitesse d'écoulement (paroi PFA de 2 mm, 80 degrés, 10 % de solides)
Vitesse d'écoulement (m/s) Taux d'érosion de la forme des particules (mm/an) Temps jusqu'à 1 mm (sur 2 mm) à gauche Amincissement sur 5 ans (mm) Vitesse maximale recommandée, durée de vie de 5 ans
1,0 Sphérique 0.03-0.05 20-30 ans 0,15-0,25 Sûr 1,5 Sphérique 0.05-0.08 12-20 ans 0,25-0,40 Sûr 2,0 Sphérique 0.08-0.12 8-12 ans 0,40-0,60 Sûr 2,5 Sphérique 0,12-0,18Acceptation 0,60–0.90 5–8 ans
3,0 Sphérique 0.18-0.25 4-6 ans 0,90-1,25 Marginal (éclaircie de 10 % en 5 ans)
3,5 Sphérique 0,25–0.35 3–4 ans 1,25–1,75Non recommandé.
4,0 Années sphériques 0.35-0.50 2-3 1,75-2,50 Non
4.5 Spherical 0.50–0.80 1.2–2 years >2.0 (perforation)Non.
5,0 Sphérique 0,80–1.20 0.8–1,2 ansPerforation Non
À titre de comparaison : le sable de silice (angulaire, 200 µm) à 3 m/s s'érode à 0,5-0,8 mm/an - 2-3 × plus rapidement.

Influence de la concentration en solides
À vitesse constante, le taux d'érosion est une fonction essentiellement linéaire de la teneur en solides (% en poids). Pour 3 m/s :

Concentration de solides (% en poids) Taux d'érosion (mm/an) Amincissement sur 5 ans (mm) Suggestion
1 % 0,03–0.05 0.15–0,25 Sûr Toute vitesse jusqu'à 4 m/s 5 % 0.10-0.15 0.50-0.75Sûr jusqu'à 3,5 m/s.
10 % 0,18–0.25 0.90–1,25 Maximum 3,0 m/sec.
20 % 0.30-0.45 1.50-2.25 Max. 2.5 m/s
30 % 0,45–0.65 2.25–3,25 Éviter le PFA Utiliser un manchon en métal ou de remplacement
Idées pratiques
Durée de vie avec paroi PFA 2 mm pendant 5 ans :

Vitesse maximale=2.5 m/s pour 10 % de billes de verre.

Max. vitesse=3.0 m/sec avec 5 % de billes de verre

Vitesse maximale=3.5 m/s pour 2 % de billes de verre

Pour prolonger la vie :

Paroi plus épaisse : le PFA de 3 mm s'érode de 0,12 à 0,18 mm/an à 3 m/s → un amincissement de 0,6 à 0,9 mm en 5 ans → acceptable.

Vitesse inférieure : Réduisez la vitesse de la pompe ou installez des redresseurs de débit pour réduire la vitesse à 2 m/sec.

Orientation : le flux vertical parallèle à l'axe du réchauffeur réduit l'érosion de 5 -10 × par rapport au flux transversal (voir article n° 72).

Manchon d'usure : Un manchon PTFE remplaçable, de 1 mm d'épaisseur, est placé sur le réchauffeur. Changer le manchon tous les 2 à 3 ans. Le PFA situé en dessous reste intact.

Exemple tiré du terrain
Les radiateurs PFA avec une paroi de 2 mm ont été utilisés avec une boucle de suspension de billes de verre (200 µm, 15 % de solides, 3,2 m/s, 80 degrés). Après 18 mois, les radiateurs étaient corrodés jusqu'à atteindre une épaisseur de 1 mm (un taux d'amincissement de 0,7 mm par an). L'usine a installé un manchon d'usure (PTFE de 2 mm d'épaisseur, 50 chacun) sur le réchauffeur PFA. Le manchon s'est usé après 12 mois et a été remplacé. Le réchauffeur PFA était d'épaisseur d'origine. Le réchauffeur PFA fonctionnait toujours après 5 ans. Les 50 chacun) sur le réchauffeur PFA. ans.Le coût du manchon Le250 a permis d'économiser 2 000 $ en remplacement du chauffage sur 5 ans.

Détecter et surveiller
For existing slurry service, measure PFA wall thickness annually at five sites (upstream, downstream and sides) with an ultrasonic gauge. Velocity is too high if thinning is >0,2 mm/an. Choix :

20% de vitesse en moins (50 à 60% d'érosion en moins).

Durée de vie acceptée du radiateur de 2 ans.

Ajoutez des vêtements de manches.

Conclusion. 2.5-3.0 m/s Max. pour une durée de vie de 5 ans avec 10 % de perles de verre
La vitesse d'écoulement la plus élevée pour un réchauffeur PFA immergé dans une suspension de billes de verre de 200 µm (10 % de solides, 80 degrés), sans usure érosive, est de 2,5 à 3,0 m/s pour 5 ans de durée de vie avec une paroi de 2 mm. À 3,5 m/s, l'érosion s'accélère et la durée de vie est réduite à 3 à 4 ans. Les billes de verre sont moins érosives que le sable de silice (taux d'érosion 2 à 3 fois inférieur), bien qu'un contrôle de la vitesse soit toujours nécessaire. Spécifiez des parois plus épaisses (3 mm) ou des manchons d'usure interchangeables pour une vitesse plus élevée ou une durée de vie prolongée. Épais. mesurer annuellement ; remplacer si rem. paroi supérieure ou égale à 1 mm "Ronde" est possible pour les perles sphériques, même si elles s'usent encore. Vitesse de contrôle. Mesurer l'érosion. Remplacer à temps. Cela dépend du chauffage.