Berapa Kecepatan Partikel Maksimum yang Dapat Ditahan oleh Selubung PFA 1,5 mm Tanpa Kegagalan Erosi?

Dalam layanan bubur abrasif-penambangan, pembuatan pigmen, penanganan katalis-partikel padat yang terperangkap dalam cairan akan menyerang selubung pemanas PFA dan mengikis ketebalan dinding secara progresif. Untuk selubung PFA 1,5 mm (khas pemanas industri umum), kecepatan partikel maksimum sebelum kegagalan erosif merupakan fungsi dari kekerasan partikel, ukuran, konsentrasi, dan sudut tumbukan. Untuk pasir silika (kekerasan Mohs 7, diameter rata-rata 200 µm, 5% berat), kecepatan maksimum yang diperbolehkan adalah 2,5–3,0 m/s untuk masa pakai 2 tahun (dengan asumsi 8.000 jam pengoperasian/tahun). Di atas 3,5 m/s erosi mendekati 0,5 mm/tahun dan dinding 1,5 mm akan berkurang menjadi kurang dari 1,0 mm dalam 2 tahun, ketika perembesan dan kegagalan mekanis mungkin terjadi. Untuk partikel yang lebih keras (alumina, Mohs 9) kecepatan maksimum menurun menjadi 1,5–2,0 m/s. Untuk partikel yang lebih lunak (batu kapur Mohs 3) kecepatan hingga 5,0 m/s diperbolehkan. Laju erosi diberikan oleh E=k × vn dimana n=2.5-3.5 untuk PFA.

Batasan Kecepatan dan Perhitungan Laju Erosi
Laju erosi PFA ditentukan oleh E=C (v)^3.2 (d)^0.7 (H_p/H_t)^1.2 dengan E dalam mm/tahun, v adalah kecepatan dalam m/s, d adalah diameter partikel dalam mm, H_p adalah kekerasan partikel dalam Mohs, H_t adalah kekerasan target (PFA ~2.5 Mohs), dan C adalah konstanta yang bergantung pada konsentrasi. Untuk pasir silika (d=0.2 mm, H p =7) pada 2% berat, C adalah sekitar 0,015. Pada v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/tahun. Erosi=0.68 mm dalam 2+ tahun (16000 jam) Mulai dari 1,5 mm, sisa ketebalan=0.82 mm - pada batas untuk layanan yang andal (disarankan minimal 0,8-1,0 mm). Pada v=3.0 m/detik, E=0.015 x (3.0)^3.2=0.015 x 39.8=0.60 mm/tahun, 1,20 mm dalam 2 tahun, hanya 0,30 mm yang tidak dapat diterima. Oleh karena itu kecepatan aman maksimum untuk kehidupan 2 tahun dengan dinding 1,5 mm adalah 2,7 m/s untuk kelompok partikel ini.

C ~ 0,025 untuk alumina (H_p=9, d=0.1 mm, konsentrasi=1%) Pada v=1.8 m/s, E=0.025 × (1.8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/tahun, 0,51 mm dalam 2 tahun, sehingga 0,99 mm - dapat diterima. Pada v=2.0 m/s, E=0.025 × (2.0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/tahun, 0,60 mm dalam 2 tahun, menyisakan 0,90 mm – marjinal tetapi dapat diterima. Pada v=2.5 m/s E=0.025 * 22.6=0.565 mm/tahun , 1,13 mm dalam 2 tahun , tersisa 0,37 mm-tidak dapat diterima

Kecepatan Partikel Maksimum berdasarkan Material (Masa Pakai 2 Tahun, Dinding 1,5 mm)
Particle Hardness (Mohs) MaterialTypical Size (microns)Max Velocity (m/s) for 2 Year Life Erosion Rate at Maximum Velocity (mm/yr)Remaining Thickness After 2 Years (mm) Polymer pellets (HDPE, PP) 1-2 2,000-5,000 >5.0 <0.10 >1.3 Kalsium karbonat (batu kapur) 3 100-300 4.5-5.0 0.18-0.22 1.06-1.14
Natrium klorida (kristal garam) 2.5 200–500 4.0–4.5 0.20–0.25 1.00–1.10
Bijih tembaga (kalkopirit) 3.5-4 100-200 3.5-4.0 0.25-0.30 0.90-1.0
Bijih besi (hematit) 5–6 100–200 2.8–3.2 0.35–0.45 0.80–0,90
Pasir Silika (Kuarsa) 7 100-200 2.5-3.0 0.34-0.50 0.80-1.00
Pasir Silika 7 200-400 2.2-2.7 0.40-0.60 0.70-0.90
Manik-manik kaca 5–6 100–300 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00 Alumina (Al2O3) 9 50–100 1.8–2.2 0.30–0.50 0.80–1,00
Silikon karbida (SiC) 9.5 50-150 1.2-1.5 0.45-0.70 0.60-0.80
Zirkonia (ZrO2) 8 50-100 1.5-2.0 0.40-0.60 0.70-0.9
Fly ash (campuran) 5–6 50–150 3.0–3.5 0.30–0.45 0.80–1,00
Implikasi dan mitigasi praktis
Untuk instalasi yang sudah ada, ukur kecepatan aliran lokal melintasi pemanas dengan tabung pitot atau pengukur aliran ultrasonik. Titik pengukuran ditempatkan 50 mm dari permukaan pemanas di sisi hulu karena akibat penyempitan aliran, kecepatannya 1,5–2,5× lebih tinggi dari kecepatan tangki curah. Jika kecepatan yang tercatat lebih tinggi dari kecepatan maksimum untuk jenis partikel, lakukan tindakan perbaikan: (1) Pasang deflektor aliran-(pelat berlubang) 50 hingga 100 mm di bagian hulu pemanas untuk meminimalkan kecepatan lokal. Deflektor yang dibuat dengan benar dapat mengurangi kecepatan pada pemanas sebesar 40-60%. (2) Tingkatkan ketebalan dinding pemanas menjadi 2,5–3,0 mm, yang meningkatkan kecepatan yang diijinkan sebesar 30–50% dengan toleransi erosi yang sama. (3) Kurangi kecepatan pompa atau gunakan motor frekuensi variabel untuk mengurangi kecepatan sirkulasi. (4) Ubah orientasi pemanas: Pemanas vertikal dengan aliran sejajar dengan sumbu pemanas mengalami erosi yang jauh lebih kecil (dengan faktor 5-10) dibandingkan pemanas horizontal yang tegak lurus aliran. Untuk layanan slurry, pemanas harus dipasang secara vertikal saja dan alirannya harus aksial sepanjang pemanas, tidak melintang.

Selubung PFA 1,5 mm yang sudah dalam kondisi abrasif harus diukur ketebalannya setiap tahun. Dengan menggunakan pengukur ultrasonik, lakukan pengukuran pada tiga ketinggian berbeda dan di empat tempat berbeda di sekeliling keliling. Jika penipisan lebih dari 0,2 mm/tahun maka kecepatannya di luar batas aman. Rencanakan penggantian pada sisa ketebalan 1,0 mm dan lakukan langkah pengurangan kecepatan untuk pemanas pengganti. 1.5 pengoperasian selubung mm di bawah ketebalan 1,0 mm berisiko terjadinya perforasi yang tidak terduga, kontaminasi bak, dan gangguan tanah.

Kesimpulan: Maksimum 2,5-3,0 m/s untuk Pasir Silika
2,5-3,0 m/detik adalah kecepatan partikel maksimum tanpa kegagalan erosif untuk selubung PFA 1,5 mm dalam bubur pasir silika (Mohs 7, 100-200 mm, konsentrasi 2-5%) selama 2 tahun pengoperasian terus-menerus. Erosi terjadi lebih dari 0,5 mm/tahun dengan kecepatan yang meningkat dan mengurangi ketebalan dinding di bawah batas minimum yang dapat diterima yaitu 0,8 −1,0 mm setelah 2 tahun. Untuk partikel yang lebih keras (alumina, SiC) kecepatan maksimum berkurang menjadi 1,5-2,0 m/s. Kecepatan hingga 4,5 m/s diperbolehkan untuk partikel yang lebih lunak (batu kapur, garam). Insinyur perlu mengukur kecepatan lokal, bukan laju aliran massal. Jika kecepatan proses yang diperlukan melebihi kecepatan maksimum untuk jenis partikel, tentukan dinding PFA yang lebih tebal (2,5-3,0 mm) atau ambil tindakan untuk mengurangi kecepatan. Selubung 1,5 mm hanya untuk bubur partikel keras berkecepatan rendah, konsentrasi rendah, atau lunak. 1.5 mm tidak cocok untuk layanan partikel keras berkecepatan tinggi, apa pun kualitas desain lainnya yang ada. Dinding 1,5 mm adalah ketebalan industri yang paling umum, namun seringkali merupakan pilihan yang buruk dalam tugas abrasif. Tentukan setelah menghitung tingkat erosi. Gunakan lebih tebal jika ragu. Erosi itu kejam.