Et metallverksted hentet en PTFE-dykkvarmer fra en alkalisk rensetank etter seks måneders bruk. Hylseoverflaten viste et bånd av misfarget, blemmeformet PTFE langs den øvre delen av den oppvarmede seksjonen. Den nedre delen var i god stand. Tanken hadde et vedvarende skumlag på overflaten, og skumbobler hadde samlet seg mot den øvre delen av varmeren, noe som skapte et damprikt-teppe som sverte overflaten av væskekontakt.
Skumteppe er en tilstand hvor et stabilt skumlag dekker deler av eller hele varmeoverflaten. Skummet er en blanding av gass og væske, med en høy gassfraksjon. Gassfraksjonen har mye lavere varmeledningsevne enn væsken, så skummet fungerer som et isolerende teppe. Varmeoverflaten under skummet blir varmere enn overflaten i kontakt med væske.
Hvorfor skum dannes og stabiliserer seg i overflateaktive bad
Skum dannes når det dannes gassbobler i en væske som inneholder-overflateaktive stoffer. I rengjøringsbad er de overflateaktive stoffene tilsiktede tilsetningsstoffer som hjelper til med å fjerne oljer og smuss. De overflateaktive stoffene stabiliserer også skummet, slik at det vedvarer i stedet for å brytes raskt.
Skummet stiger til overflaten og samler seg. I en tank med omrøring genereres skummet kontinuerlig. Skumlaget kan bli tykt-50 til 100 mm – og kan vare i timevis.
Skummet fester seg også til overflater. Varmeroverflaten, spesielt hvis den er varm, gir kjernedannelsessteder for boblefeste. Boblene samler seg og smelter sammen til et skumlag på varmeapparatets overflate.
| Konsentrasjon av overflateaktive stoffer | Agitasjonshastighet | Skumhøyde | Skumpersistens | Varmeapparat tepperisiko |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | Lav | <10 mm | Kort | Lav |
| 0.5–1.0% | Moderat | 10–30 mm | Moderat | Moderat |
| 1.0–2.0% | Høy | 30–60 mm | Lang | Høy |
| >2.0% | Høy | >60 mm | Veldig lang | Veldig høy |
Skumgenerering og fare for varmetepper i bad med overflateaktive stoffer
Hvorfor skumteppe forårsaker overoppheting
Skumlaget på varmeovnens overflate har en varmeledningsevne som er 5–20 ganger lavere enn væsken. Varmen som genereres av varmeren kan ikke slippe ut gjennom skummet like effektivt som den kan gjennom væsken. Varmerens overflatetemperatur stiger.
For en varmeovn som opererer på 1,2 W/cm², kan et 20 mm skumlag legge til 15–25 grader til overflatetemperaturen. Den høyere temperaturen akselererer PTFE-nedbrytning, avleiring og permeasjon. Det skum-dekkede området blir den første delen av varmeren som svikter.
Skummet reduserer også det fuktede området på varmeren. Hvis skummet dekker de øvre 30 % av varmeren, er kun 70 % av varmerens overflate i kontakt med væske. Det effektive overflatearealet reduseres, og watttettheten på det fuktede området øker. Jo høyere watttetthet øker overflatetemperaturen ytterligere.
Hvordan skumteppe skiller seg fra tørr-ut
Uttørking- skjer når væskenivået faller under toppen av varmeren, og den eksponerte delen er i kontakt med luft. Skumteppe oppstår når væskenivået er over varmeren, men skumlaget fortrenger væsken og skaper en damprik sone.
Den termiske effekten er lik-overflaten overopphetes. Men årsaken er en annen. Uttørking-er et nivåkontrollproblem. Skumtepper er et problem med skumkontroll.
Forhindrer skumtepper
Den mest effektive forebyggingen er å kontrollere skummet. Dette betyr å redusere konsentrasjonen av overflateaktivt middel, fjerne forurensningene som stabiliserer skummet, eller tilsette et antiskummiddel.
Redusering av konsentrasjonen av overflateaktivt middel reduserer skumdannelseshastigheten. Konsentrasjonen av overflateaktivt stoff bør holdes på minimumsnivået som kreves for effektiv rengjøring.
Fjerning av olje og jordforurensninger reduserer skumstabiliteten. Forurensningene fungerer som skumstabilisatorer. Regelmessig skimming eller filtrering fjerner dem fra badekaret.
Tilsetning av et antiskummiddel bryter skummet. Silikon-baserte antiskummidler er effektive, men kan forurense badekaret. Ikke--antiskummidler fra silikon er tilgjengelige for applikasjoner der silikonforurensning er et problem.
| Forebyggende tiltak | Effekt på skum | Implementering | Innvirkning på prosessen |
|---|---|---|---|
| Reduser overflateaktivt middel | Lavere skumgenerering | Badkjemikontroll | Kan redusere rengjøringen |
| Fjern forurensninger | Lavere skumstabilitet | Skimming eller filtrering | Ingen |
| Antiskummiddel | Bryter skum | Kjemisk tilsetning | Potensiell forurensning |
| Mekanisk skumbryter | Fjerner skum | Installasjon av utstyr | Ingen |
Forebyggende tiltak for skumtepper i overflateaktive bad
Når skumteppe indikerer et designproblem
En varmeovn som lider av skumtepper til tross for skumkontroll indikerer at varmeapparatets posisjon eller tankdesignet fremmer skumakkumulering på overflaten. En tilpasset PTFE el-patronkonfigurasjon med en posisjon som fjerner skum, en lavere watttetthet og en strømnings-optimalisert utforming adresserer grunnårsaken til skumtepper. Spesifikasjonsprosessen krever badkjemi, overflateaktivt konsentrasjon, omrøringsmetode og nødvendig effekt. For anlegg med skummende bad reduserer denne applikasjons-spesifikke tilnærmingen skumrelatert-overoppheting og forlenger levetiden til varmeapparatet.
