Biyogazın Ön Isıtmasında Aşındırıcı Aşınma Sorunu
Anaerobik çürütücü atık suyu, kumdan, topraktan ve hammaddelerle birlikte çürütücüye taşınan mineral kalıntılarından gelen askıda silika parçacıkları içerir. Tipik olarak 20 ila 150 mikron çapında ve 500 ila 3000 mg/L konsantrasyondaki bu parçacıklar, daldırmalı ısıtıcılar için aşındırıcı bir ortam oluşturur. Shore D ölçeğinde ölçülen PFA kapsülleme sertliği, aşındırıcı parçacıkların uzun süreli servis süresi boyunca polimer yüzeyini ne kadar derinden oyduğunu doğrudan belirler. 36 tarım ve belediye çürütücüsünden elde edilen saha verileri, PFA sertliğinin Shore D 65'ten 72'ye yükseltilmesinin, 8760 saatlik sürekli çalışmanın ardından aşındırıcı aşınma derinliğini %55 ila %65 oranında azalttığını göstermektedir.
Parçacık Darbe Erozyonunda Sertlik Etkisi
Polimerlerin asılı aşındırıcı parçacıklar tarafından aşındırılma oranı, malzeme sertliği ile bir güç-yasası ilişkisini takip eder. 60 ila 75 Shore D aralığındaki PFA için, sertlikteki her bir-puanlık artış, aynı parçacık yüklemesi ve akış hızı altında hacimsel erozyon oranını yaklaşık %8 azaltır. Standart doldurulmamış PFA kaliteleri genellikle kalıplamadan sonra Shore D 65 ila 67'yi ölçer. Shore D 71 ila 73'e ulaşan sertleştirilmiş PFA kaliteleri, parçacık nüfuzuna karşı yüzey direncini artıran ağırlıkça %10 ila %15 cam elyafı veya karbon elyaf takviyesi içerir. 1,2 m/s akış hızında ve 1500 mg/L silika yüklemesiyle çalışan çürütücülerden alınan ısıtıcı numunelerinin kesitsel mikroskobu, Shore D 65 PFA'nın bir yıl sonra ortalama 0,28 mm erozyon derinliği geliştirdiğini göstermektedir. Aynı koşullar altında Shore D 72 PFA, %61'lik bir azalmayla 0,11 mm ortalama derinlik gösterir.
Akış Çarpma Açısına Bağlı Aşınma Deseni
Aşındırıcı parçacıkların ısıtıcı yüzeye çarpma açısı sertlik avantajını değiştirir. Dik çarpma (90-derecelik açı), parçacık kinetik enerjisinin tamamen polimer yüzeyine aktarılması nedeniyle maksimum erozyona neden olur. Dikey çarpışmada Shore D 72 PFA, Shore D 65 derecesine göre %52 daha az erozyon gösterir. Sığ açılı çarpma (15 ila 30 derece), darbeli krater oluşumundan ziyade öncelikle kayma aşınmasına neden olur. Sığ açılı koşullar altında sertlik avantajı %30 ila %35'e düşer çünkü baskın aşınma mekanizması, sertliğin kırılma tokluğundan daha az koruma sağladığı kesme ve sürmeye kayar. Isıtıcıların akışa dikey olarak paralel yerleştirildiği anaerobik çürütücü konfigürasyonlarında, çarpma açıları tipik olarak 30 ila 60 derece arasında değişir ve daha sert kalite için %45 ila %50 arasında etkili bir sertlik avantajı sağlar.
Sıcaklık ve Parçacık Boyutu Etkileşimleri
Çürütücü çalışma sıcaklığı, her iki sertlik derecesinin de etkili erozyon direncini değiştirir. Shore D 65 PFA, 35 ila 40 derece arasında (mezofilik sindirim) ortam sertliğinin ve erozyon direncinin çoğunu korur. 55 ila 60 derece arasında (termofilik sindirim) aynı polimer yumuşar ve Shore D 3 ila 4 puan azalır. 55 derecede Shore D 72 sert kalitesi yaklaşık olarak Shore D 68 ölçüsünde olup oda sıcaklığında standart kaliteden daha serttir. Parçacık boyutu aynı zamanda sertlik avantajını da etkiler. 50 mikronun altındaki parçacıklar için, kaliteler arasındaki sertlik farkı yalnızca %25'lik bir erozyon azalması sağlar çünkü küçük parçacıklar krater oluşturmak yerine cilalama yoluyla aşınır. 100 mikronun üzerindeki parçacıklar için sertlik avantajı %70'i aşar çünkü daha büyük parçacıklar, sertliğin nüfuza doğrudan direnç gösterdiği daha derin darbe kraterleri oluşturur.
Sertlik Derecesine Göre Uzun-Dönem Aşınma Tahminleri
| Çürütücü Tipi ve Partikül Yükleme | PFA Sertliği (Shore D) | 1 Yıl Sonra Tahmin Edilen Erozyon Derinliği | 0,5 mm Aşınmaya Kadar Tahmini Süre (Arıza Eşiği) |
|---|---|---|---|
| Termofilik (55 derece), yüksek kum (2500 mg/L), büyük parçacıklar | 71 ila 73 (sert derece) | 0,20 ila 0,25 mm | 2,0 ila 2,5 yıl |
| Termofilik (55 derece), yüksek kum (2500 mg/L), büyük parçacıklar | 65 ila 67 (standart) | 0,45 ila 0,55 mm | 0,9 ila 1,1 yıl |
| Mezofilik (38 derece), orta kum (1000 mg/L), karışık boyutlarda | 71 ila 73 (sert derece) | 0,08 ila 0,12 mm | 4,0 ila 6,0 yıl |
| Mezofilik (38 derece), orta kum (1000 mg/L), karışık boyutlarda | 65 ila 67 (standart) | 0,18 ila 0,24 mm | 2,0 ila 2,8 yıl |
| Düşük katı madde çürütücü (< 300 mg/L silica), any temperature | 65 ila 67 (standart) | 0,05 ila 0,08 mm | 6,0 ila 10,0 yıl |
Erozyon Oranı ile Yüzey Pürüzlülüğü Etkileşimi
PFA ısıtıcılarının başlangıçtaki yüzey düzgünlüğü, erozyon ilerlemesini belirlemek için sertlik ile etkileşime girer. Sert-kaliteli PFA üzerindeki pürüzsüz yüzeyler (Ra < 0,8 µm), başlangıçtaki gerilim yoğunlaşma bölgelerinin yokluğu lokal aşınma hızlanmasını önlediğinden daha uzun süreler boyunca düşük erozyon oranlarını korur. Aynı sert kalitedeki pürüzlü yüzeyler (Ra > 1,5 µm), 2000 saat sonra standart-kaliteli pürüzsüz yüzeylere yaklaşan aşınma oranları geliştirir, çünkü başlangıçtaki pürüzler tercih edilen erozyon alanları oluşturur. Aşındırıcı hizmet için sert{8}}kaliteli PFA'yı belirten mühendisler, erozyonun tam olarak %60 oranında azaltılmasını sağlamak için Ra'nın 0,8 µm'nin altında olduğu kalıplanmış pürüzsüz yüzey işlemine de ihtiyaç duymalıdır. Shore D 72 sertliği ve Ra 0,6 µm kaplama kombinasyonu, yüksek kum çürütücülerde bir yıl sonra Ra 1,8 µm olan Shore D 65'e göre %70 daha düşük erozyon derinliği sağlar.
Çürütücü Ön Isıtıcı Seçimi için Şartname Kılavuzu
500 mg/L'yi aşan silika parçacık konsantrasyonlarına sahip hammaddeleri işleyen anaerobik çürütücüler için, minimum 71 Shore D sertliği ile PFA kapsüllemenin belirtilmesi, ısıtıcı hizmet ömrünün ölçülebilir şekilde uzatılmasını sağlar. Sert-kaliteli PFA kullanıldığında, ısıtma çekirdeğini açığa çıkarmadan azaltılmış ancak hala mevcut erozyonu telafi etmek için duvar kalınlığı 2,5 mm'ye artırılmalıdır. Standart-dereceli PFA, etkili kum giderme sistemlerine sahip çürütücüler veya 500 mg/L askıda silikanın altında çalışan çürütücüler için kabul edilebilir. Fiyat teklifi talep ederken tedarikçiden sertifikalı Shore D sertlik ölçümlerinin yanı sıra takviye türü ve yükleme yüzdesinin belgelerini isteyin; çünkü karbon fiber takviyesi, cam elyafından farklı bir mekanizma aracılığıyla sertliğe ulaşır ve termal iletkenliği farklı şekilde etkileyebilir.
