En metallverkstad tog upp en PTFE-elpatron från en alkalisk rengöringstank efter sex månaders service. Mantelytan uppvisade ett band av missfärgad, blåsformad PTFE längs den övre delen av den uppvärmda sektionen. Den nedre delen var i gott skick. Tanken hade ett ihållande skumskikt på ytan och skumbubblor hade samlats mot den övre delen av värmaren, vilket skapade en ångrik filt som svälter ut ytan av vätskekontakt.
Skumtäcke är ett tillstånd där ett stabilt skumskikt täcker en del av eller hela värmeytan. Skummet är en blandning av gas och vätska, med en hög gasfraktion. Gasfraktionen har mycket lägre värmeledningsförmåga än vätskan, så skummet fungerar som en isolerande filt. Värmarytan under skummet blir varmare än ytan i kontakt med vätska.
Varför skum bildas och stabiliseras i ytaktiva bad
Skum bildas när gasbubblor bildas i en vätska som innehåller ytaktiva ämnen.- I rengöringsbad är de ytaktiva medlen avsiktliga tillsatser som hjälper till att avlägsna oljor och smuts. De ytaktiva medlen stabiliserar också skummet, vilket gör att det kvarstår snarare än att det går sönder snabbt.
Skummet stiger upp till ytan och ackumuleras. I en tank med omrörning genereras skummet kontinuerligt. Skumlagret kan bli tjockt-50 till 100 mm och kan hålla i timmar.
Skummet fäster även vid ytor. Värmarens yta, särskilt om den är varm, tillhandahåller kärnbildningsställen för bubbelfästning. Bubblorna ackumuleras och smälter samman till ett skumskikt på värmarens yta.
| Tensidkoncentration | Agitationshastighet | Skumhöjd | Skumpersistens | Risk för täckning av värmare |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | Låg | <10 mm | Kort | Låg |
| 0.5–1.0% | Måttlig | 10–30 mm | Måttlig | Måttlig |
| 1.0–2.0% | Hög | 30–60 mm | Lång | Hög |
| >2.0% | Hög | >60 mm | Mycket lång | Mycket hög |
Skumbildning och risk för täckning av värmeelement i bad med ytaktiva ämnen
Varför skumfiltar orsakar överhettning
Skumskiktet på värmarens yta har en värmeledningsförmåga som är 5–20 gånger lägre än vätskan. Värmen som genereras av värmaren kan inte komma ut genom skummet lika effektivt som den kan genom vätskan. Värmarens yttemperatur stiger.
För en värmare som arbetar med 1,2 W/cm² kan ett 20 mm skumskikt lägga till 15–25 grader till yttemperaturen. Den högre temperaturen påskyndar PTFE-nedbrytning, beläggningsavsättning och permeation. Det skum-täckta området blir den första delen av värmaren som misslyckas.
Skummet minskar också värmarens fuktade yta. Om skummet täcker de övre 30 % av värmaren är endast 70 % av värmarens yta i kontakt med vätska. Den effektiva ytan minskar och wattdensiteten på det våta området ökar. Den högre wattdensiteten höjer yttemperaturen ytterligare.
Hur skumtäckning skiljer sig från uttorkning-
Uttorkning- inträffar när vätskenivån sjunker under toppen av värmaren och den exponerade delen är i kontakt med luft. Skumtäckning uppstår när vätskenivån är över värmaren, men skumskiktet tränger undan vätskan och skapar en ångrik zon.
Den termiska effekten är liknande-ytan överhettas. Men orsaken är en annan. Uttorkning-är ett problem med nivåkontroll. Skumtäcke är ett problem med skumkontroll.
Förhindrar skumtäckning
Det mest effektiva förebyggandet är att kontrollera skummet. Detta innebär att minska koncentrationen av tensid, ta bort föroreningarna som stabiliserar skummet eller tillsätta ett antiskummedel.
Att minska koncentrationen av ytaktivt ämne minskar skumgenereringshastigheten. Koncentrationen av ytaktivt ämne bör hållas på den miniminivå som krävs för effektiv rengöring.
Att ta bort olja och jordföroreningar minskar skumstabiliteten. Föroreningarna fungerar som skumstabilisatorer. Regelbunden skumning eller filtrering tar bort dem från badet.
Tillsats av ett antiskummedel bryter skummet. Silikon-baserade antiskum är effektiva men kan förorena badet. Icke-silikonantiskum finns tillgängliga för applikationer där silikonkontamination är ett problem.
| Förebyggande åtgärd | Effekt på skum | Genomförande | Påverkan på processen |
|---|---|---|---|
| Minska ytaktivt ämne | Lägre skumgenerering | Badkemikontroll | Kan minska rengöringen |
| Ta bort föroreningar | Lägre skumstabilitet | Skimming eller filtrering | Ingen |
| Antiskummedel | Bryter skum | Kemisk tillsats | Potentiell kontaminering |
| Mekanisk skumbrytare | Tar bort skum | Installation av utrustning | Ingen |
Förebyggande åtgärder för skumtäcke i ytaktiva bad
När skumtäckning indikerar ett designproblem
En värmare som lider av skumtäckning trots skumkontroll indikerar att värmarens position eller tankdesign främjar skumansamling på ytan. En anpassad PTFE elpatronkonfiguration med en position som avger skum, en lägre wattdensitet och en -flödesoptimerad layout tar itu med grundorsaken till skumtäckning. Specifikationsprocessen kräver badets kemi, koncentration av ytaktiva ämnen, omrörningsmetod och erforderlig effekt. För anläggningar med skumbad, reducerar detta applikations-specifika tillvägagångssätt skumrelaterad-överhettning och förlänger värmarens livslängd.
