Mae teneuo erydol ar wain gwresogyddion PFA yn digwydd pan fydd gronynnau solet crog yn yr hylif proses yn effeithio ar wyneb y polymer ar gyflymder digonol. Yn wahanol i ddiraddiad cemegol, mae erydiad yn tynnu deunydd yn fecanyddol, gan leihau trwch wal yn raddol, gan greu mannau gwan lleol, ac yn y pen draw datguddio'r craidd metel. Mae'r cyflymder llif uchaf a ganiateir yn dibynnu ar faint gronynnau, caledwch gronynnau, crynodiad gronynnau, ac ongl y gwrthdaro. Ar gyfer hylifau diwydiannol nodweddiadol gyda solidau crog (tywod, halwynau crisialog, dirwyon metel, gleiniau gwydr), mae cyfradd erydiad PFA yn dilyn deddf pŵer: cyfradd erydiad ∝ v^n, lle mae n yn 2.5–3.5 ar gyfer PFA. Mae dyblu'r cyflymder yn cynyddu erydiad gan ffactor o 6–12. Er mwyn cynnal trwch wal PFA o 1.5 mm am 5 mlynedd (43,800 awr) gyda thrwch terfynol derbyniol o 0.5 mm (gan ganiatáu lwfans erydiad o 1.0 mm), mae'r cyflymder llif uchaf a ganiateir yn amrywio o 0.8 m/s i 3.5 m/s yn dibynnu ar nodweddion gronynnau.
Mecanweithiau Erydu a Throthwyon Cyflymder
Mae erydiad PFA yn digwydd trwy ddau fecanwaith: micro-torri (gronynnau miniog yn sgrafellu'r wyneb) a hollti blinder (effeithiau dro ar ôl tro sy'n achosi micro-gyfuniad craciau). Ar gyfer gronynnau mwy na 100 µm, microdorri sy'n dominyddu; graddfeydd cyfradd erydiad gydag egni cinetig gronynnau (v²) yn amseroedd amledd trawiad (v), gan roi dibyniaeth v³. Ar gyfer gronynnau llai nag 20 µm, blinder yw'r mecanwaith erydiad; graddfeydd cyfradd tua v²·⁵. Y trothwy cyflymder critigol-y mae erydiad yn ddibwys oddi tano-yw tua 0.5 m/s ar gyfer gronynnau miniog (tywod silica, alwmina) ac 1.0 m/s ar gyfer gronynnau crwn (gleiniau gwydr, gronynnau polymer). O dan y trothwyon hyn, nid yw'r effeithiau gronynnau yn cynhyrchu digon o straen i achosi sisiad cadwyn polymer neu dynnu arwyneb.
Mae data arbrofol o brofion dolen slyri (ASTM G73) ar sbesimenau PFA ar 80 gradd yn darparu cyfraddau erydu ar gyfer mathau cyffredin o ronynnau. Ar gyfer tywod silica (200 µm diamedr cymedrig, crynodiad 5 g/L) ar 1.5 m/s, mae'r gyfradd erydiad yn 0.008 mm y flwyddyn-dibwys dros 5 mlynedd. Ar 2.5 m/s, mae'r gyfradd yn cynyddu i 0.12 mm y flwyddyn, gan ddefnyddio 0.6 mm dros 5 mlynedd-derbyniol gyda wal gychwynnol o 1.5 mm. Ar 3.5 m/s, mae'r gyfradd yn cyrraedd 0.35 mm y flwyddyn, gan ddefnyddio 1.75 mm dros 5 mlynedd-yn fwy na thrwch wal safonol. Ar 5.0 m/s, y gyfradd yw 1.2 mm y flwyddyn, gan achosi methiant o fewn 1-2 flynedd. Ar gyfer gronynnau caletach (alwmina, 100 µm, a geir yn aml mewn slyri CMP), mae'r gyfradd erydu ar 2.0 m/s yn 0.25 mm/flwyddyn, gan ddefnyddio 1.25 mm dros 5 mlynedd{-ymylol. Y cyflymder uchaf a ganiateir ar gyfer gronynnau alwmina yw 1.5 m/s am oes 5 mlynedd.
Cyfradd Erydu a Chyflymder Uchaf yn ôl Math Gronyn
| Deunydd Gronyn | Maint Gronyn (µm) | Siâp | Crynodiad (g/L) | Cyfradd Erydu ar 2.0 m/s (mm/blwyddyn) | Cyflymder Uchaf ar gyfer 1.0 mm Erydiad dros 5 mlynedd (m/s) | Cyflymder Caniataol ar gyfer Bywyd 5 Mlynedd gyda Wal Cychwynnol 1.5 mm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| tywod silica (cwarts) | 50–100 | Is-onglog | 1–5 | 0.04 | 3.5 | 3.0–3.5 m/s |
| Tywod silica | 100–300 | Is-onglog | 5–10 | 0.12 | 2.8 | 2.5–3.0 m/s |
| Tywod silica | 300–500 | Onglog | 1–5 | 0.22 | 2.2 | 2.0–2.5 m/s |
| Alwmina (Al₂O₃) | 50–100 | Onglog | 1–10 | 0.25 | 1.8 | 1.5–2.0 m/s |
| Silicon carbid (SiC) | 50–100 | Ongl iawn | 0.5–2 | 0.45 | 1.4 | 1.2–1.5 m/s |
| Gleiniau gwydr | 100–300 | Sfferig | 10–50 | 0.03 | 4.0 | 3.5–4.0 m/s |
| Halen wedi'i grisialu (NaCl, KCl) | 200–500 | Ciwbig | 1–20 | 0.02 (mewn heli dirlawn) | 4.5 | 4.0–4.5 m/s |
| Dirwyon metel (dur, pres) | 50–150 | Afreolaidd | 0.1–1 | 0.08 | 3.0 | 2.5–3.0 m/s |
| Pelenni polymer (PTFE, PE) | 1,000–3,000 | Talgrynnu | 100–500 | 0.005 | >5.0 | >5.0 m/s (dim pryder erydiad) |
| Titaniwm deuocsid (TiO₂) | 0.2–0.5 µm (agregau) | Is-wedi'i dalgrynnu | 10–50 | 0.01 (mecanwaith blinder) | 4.0 | 3.5–4.0 m/s |
| Solidau cymysg (slyri mwyngloddio nodweddiadol) | 100–500 | Onglog i is-onglog | 100–500 | 0.35 (ar 2 m/s) | 1.6 | 1.4–1.8 m/s |
Cyfrifo a Mesur Cyflymder Llif
Nid dim ond y cyflymder cylchrediad swmp o bwmp yw cyflymder llif y tanc ar draws gwresogydd. Gall y cyflymder lleol ar wyneb y gwresogydd fod 2-5 gwaith yn uwch na chyflymder cyfartalog y tanc oherwydd cyfyngiad llif. Mewn tanc gyda phwmp ailgylchredeg wedi'i raddio ar 500 L/min (0.0083 m³/s) ac arwynebedd traws-adrannol o amgylch y gwresogydd o 0.01 m² (sy'n nodweddiadol ar gyfer gwresogydd 25 mm mewn tanc 150 mm o led), y cyflymder cyfartalog yw 0.83 m/s. Fodd bynnag, gall y cyflymder ar wyneb i fyny'r afon y gwresogydd gyrraedd 1.5-2.5 m/s oherwydd effaith Bernoulli. Dylai peirianwyr naill ai leoli gwresogyddion i ffwrdd o ffroenellau gollwng pwmp (pellter lleiaf 10 × diamedr ffroenell) neu ddefnyddio dynameg hylif cyfrifiannol (CFD) i ragfynegi cyflymderau lleol. Ar gyfer gwasanaeth slyri critigol, gosodwch gwpon prawf o PFA ochr yn ochr â'r gwresogydd a mesurwch golled trwch ar ôl 1,000 o oriau i galibro cyfradd erydiad i amodau gwirioneddol.
Ar gyfer gosodiadau presennol, gellir canfod teneuo erydol trwy fesur trwch ultrasonic. Mesurwch drwch wal y PFA mewn chwe lleoliad o amgylch y cylchedd a phum pwynt ar hyd y wal bob blwyddyn. Mae cyfradd teneuo sy'n fwy na 0.1 mm/blwyddyn yn gwarantu camau gweithredu: lleihau llif y pwmp, gosod allwyrydd llif, neu newid y gwresogydd â chynllun wal mwy trwchus (trwch cychwynnol 2.5–3.0mm). Y graddfeydd lwfans erydiad gyda thrwch wal cychwynnol; mae wal 2.5 mm yn caniatáu erydiad hyd at 2.0 mm dros 5 mlynedd, gan gynyddu cyflymder caniataol 20–40% o'i gymharu â wal 1.5 mm. Mewn gwasanaeth slyri difrifol (mwyngloddio, cynhyrchu pigment), mae pennu trwch wal PFA 3.0 mm yn arfer safonol waeth beth fo'r cyflymder a gyfrifir.
Addasiadau Dyluniad i Leihau Erydiad
Pan gyfrifir cyflymder llif yn fwy na'r terfyn a ganiateir, mae pedwar addasiad dylunio yn lleihau erydiad heb leihau llif y broses. Yn gyntaf, gosodwch darian llif-plât metel tyllog neu PFA wedi'i osod 20–50 mm i fyny'r afon o'r gwresogydd. Mae'r darian yn amsugno trawiadau gronynnau, gan greu deffro-cyflymder isel y tu ôl iddo. Yn ail, cyfeiriwch y gwresogydd yn gyfochrog â'r cyfeiriad llif cynradd yn hytrach na berpendicwlar. Mae cyfeiriadedd cyfochrog yn lleihau'r ongl gwrthdaro o 90 gradd (uchafswm erydiad) i bron i 0 gradd (lleiafswm erydiad). Cyfradd erydiad ar wrthdaro 15 gradd yw 5-10% o'r gyfradd ar 90 gradd . Yn drydydd, defnyddiwch siâp gwresogydd symlach gydag adran deigryn neu groes eliptig yn hytrach na chylch. Mae'r siâp symlach yn lleihau cyflymiad cyflymder lleol ac yn gwyro gronynnau ar onglau bas. Yn bedwerydd, gosodwch y gwresogydd mewn braich ochr neu ddolen ailgylchredeg lle gellir rheoli cyflymder yn annibynnol, yn hytrach nag yn y prif danc.
Casgliad: 2.0–2.5 m/s Yw Uchafswm Nodweddiadol ar gyfer Slyri Tywodlyd
Mae'r cyflymder llif tanc uchaf a ganiateir ar draws gwresogydd PFA i osgoi teneuo erydol dros 5 mlynedd yn amrywio o 1.5 m/s ar gyfer gronynnau caled, onglog (alwmina, silicon carbid) i 4.0 m/s ar gyfer gronynnau meddal neu grwn (gleiniau gwydr, pelenni polymer, crisialau halen). Ar gyfer y cyfrwng erydol mwyaf cyffredin-tywod silica mewn dŵr ar grynodiadau o 1–10 g/L-y cyflymder a ganiateir yw 2.5–3.0 m/s ar gyfer trwch wal o 1.5mm. Dylai peirianwyr fesur cyflymder lleol gan ddefnyddio tiwbiau pitot neu fesuryddion llif ultrasonic yn lleoliad y gwresogydd, nid dibynnu ar gyfraddau llif swmp. Ar gyfer unrhyw gais lle mae'r lwfans erydiad a gyfrifwyd yn fwy na 0.8 mm dros y bywyd gwasanaeth a ddymunir, naill ai cynyddu trwch wal i 2.5-3.0 mm, lleihau cyflymder llif, neu weithredu cysgodi llif. Mae cost gwain PFA mwy trwchus (premiwm 20-40%) fel arfer yn is na chost llai o lif pwmp neu addasiadau tanc ychwanegol. Mae monitro trwch ultrasonic blynyddol yn rhoi rhybudd cynnar o erydiad annisgwyl ac yn caniatáu ailosod rhagfynegol cyn i fethiant trychinebus ddigwydd.
