Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen gyda Boron-Llenwyr Trydanol Mewnol Ychwanegol yn Gwrthsefyll Dirywiad Cyfredol Mewn Lleithder Uchel-Llewadau Magnesiwm Ocsid Safonol yn Fwy Effeithiol?

Closed, high-humidity situations where electric heating tubes can fail due to a mechanism that is not connected to external sheath corrosion include outdoor control cabinets, marine engine rooms and food processing equipment washdown zones. Over time the internal electrical insulation between the resistance heating wire and the metal sheath breaks down due to moisture migrating via terminal seals or microscopic sheath flaws. Standard compacted magnesium oxide (MgO) filler has good thermal conductivity and dielectric strength when dry, but is hygroscopic. MgO readily absorbs moisture from the atmosphere producing magnesium hydroxide (Mg(OH)2) on the particle surface which causes the electrical resistivity to drop from the required >100 MΩ i lai nag 1 MΩ gan arwain at faglu'r cerrynt gollyngiadau ac actifadu'r amddiffyniad fai daear. Yn eu plith, mae'n hysbys bod boron-sy'n cynnwys ychwanegion, sef boron ocsid (B 2 O 3 ) neu borate magnesiwm (Mg 3 B 2 O 6 ) ), yn adweithio'n gemegol â dŵr i gynhyrchu haen borate hydradol barhaol nad yw'n hygrosgopig sy'n selio arwynebau'r gronynnau yn erbyn amsugno lleithder ychwanegol wrth bwysau – 2%O – 2%. Mae'r erthygl hon yn nodweddu cineteg amsugno lleithder a gwrthiant diraddio trydanol llenwyr MgO wedi'u haddasu o'i gymharu â MgO safonol mewn 316 o wainau dur gwrthstaen mewn amgylcheddau lleithder cymharol 40–60 gradd a 95%, gan roi arweiniad ar ddewis llenwyr ar gyfer cymwysiadau dibynadwyedd uchel lle mae cywirdeb bai yn hollbwysig.

Gweithred Hygrosgopig Llenwr Magnesiwm Ocsid Safonol mewn Tiwbiau Gwresogi Wedi'u Selio
The compacted MgO filler in electric heating tubes has three functions: electrical insulation between the center wire and the sheath, thermal conduction from the resistance wire to the sheath, and mechanical support to preserve wire concentricity. Commercial MgO includes 96 to 99 percent MgO with small amounts of impurities such as calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO₂) and iron oxides. The surface of MgO particles may rapidly chemisorb water vapour, which results in a coating of Mg(OH)2 on the surface MgO + H2O Mg(OH)2 (reaction 1). This process is exothermic and will proceed even at relative humidities as low as 30-40%. After formation, Mg(OH) 2 exhibits two problematic properties. Its electrical resistivity is ~10 6 -10 8 Ω.cm as compared to >10 14 Ω.cm for dry MgO. It also deliquesces at relative humidities >75-80%, gan arwain at ffurfio datrysiad dargludo sy'n cysylltu'r wifren wresogi a'r wain.

Mewn tiwb gwresogi gyda morloi terfynell di-dor, mae'r llenwad mewnol yn parhau i fod yn sych am byth. Yn ymarferol, fodd bynnag, mae morloi terfynell (rwber silicon fel arfer neu epocsi) yn dirywio o dan gylchrediad gwres ac amlygiad UV, ac mae microcracks 10-100 micrometres o led yn cael eu ffurfio. Mae'r craciau hyn yn caniatáu i aer llaith fynd i mewn. Unwaith y bydd y lleithder yn cyrraedd y llenwad MgO, mae'r diraddiad gwrthedd yn dilyn proses 3 cham. Cam un: hydroxylation arwyneb haenau gronynnau MgO allanol, gan gynyddu cerrynt gollyngiadau 10-100. Cam dau: cynyddu hydradiad mewnol gyda chwyddo a all hollti'r wain gan bwysau mewnol. Cam tri: creu sianel electrolytig o'r wifren wresogi i'r wain, gan arwain at gerrynt bai daear sy'n fwy na 5-10 mA a dyfeisiadau cerrynt gweddilliol (RCDs) yn baglu. Mae data maes o osodiadau gwresogydd diwydiannol awyr agored yn cadarnhau bod IR y 316 gwain â llenwi MgO confensiynol yn disgyn o dan 1 MΩ ar ôl 6-18 mis mewn amodau gyda 95% RH.

Mecanwaith Ychwanegion Boron: Selio Cemegol Gronynnau MgO
Rydym yn ychwanegu cyfansoddion boron at lenwad MgO i adeiladu rhwystr hydradu sy'n cyfyngu ei hun gan ddefnyddio cemeg asid borig. Mae rhywogaethau boron yn ffafriol arsugniad y monohaen gyntaf o ddŵr ac yn adweithio i gynhyrchu gorchudd tenau o boron ocsid hydradol (H3BO3 neu B2O3·3H2O) ar arwynebau'r gronynnau pan gymysgir B2O3 neu borate magnesiwm â MgO ar 2–5 wt %. Tair agwedd bwysig ar yr haen hydradol hon yw: Yn gyntaf, mae ei bwysedd anwedd ecwilibriwm dŵr yn llawer is na phwysau Mg(OH)2, felly mae'n ffurfio'n gyflym ac yn llawn cyn unrhyw hydradiad MgO sylweddol. Yn ail, mae'r ddalen borate hydradol amorffaidd barhaus yn amgáu pob gronyn MgO yn llwyr. Yn drydydd, mae'r ffilm yn sefydlog ac nid yw'n -hygrosgopig uwchlaw 60-80 gradd - yr ystod tymheredd y mae llenwad yn dod ar ei draws y tu mewn i tiwb gwresogi gweithredol (fel arfer 150-300 gradd ger y wifren, ond i lawr i 50-100 gradd ger y wain yn ystod oddi ar gylchoedd).

Ar ôl ei ffurfio, mae'r cotio borate yn atal dŵr rhag ymledu ymhellach i'r MgO gwaelodol. Mae'r adwaith yn hunan-gyfyngol gan fod trwch y ffilm (50-200 nm fel arfer) yn peidio â thyfu pan fydd yr holl boron hygyrch ar wyneb y gronynnau wedi adweithio. Yn wahanol i Mg(OH)2, sy'n tyfu i mewn wrth i ddŵr dryledu drwy'r haen hydrocsid, mae gan y ffilm borate drylededd dŵr isel iawn (tua. 10-14 cm2/s ar 50 gradd yn erbyn. 10-10 cm2/s ar gyfer Mg(OH)2). Mae'r rhwystr cinetig hwn yn cynyddu'r amser i fethiant trydanol sylweddol gan ffactor o 10-50 ar gyfer yr un amodau ymwthiad lleithder.

Perfformiad Trydanol Cymharol Dan Brofion Lleithder Carlam
Perfformiwyd profion lleithder carlam ar 316 o diwbiau gwresogi wedi'u gorchuddio â dur di-staen (wal 1.2 mm, OD 10 mm, sgôr 1.5 kW, 230 V) gyda thri chyfansoddiad llenwi mewnol. Seliwyd tiwbiau â morloi terfynell rwber silicon safonol a'u gosod mewn siambr lleithder tymheredd ar 60 gradd, 95% o leithder cymharol, heb bweru'r gwresogyddion ac eithrio mesuriadau gwrthiant inswleiddio achlysurol (wedi'u mesur ar 500 V DC). Y cyfnod prawf oedd 2000 awr, sy'n cyfateb i tua 2-3 blynedd o amlygiad maes mewn caeau llaith.

Math o lenwad Cynnwys Boron (wt% fel B₂O₃) IR Cychwynnol ar 25 gradd (MΩ) IR Ar ôl 500 awr ar 60 gradd /95% RH (MΩ) IR Ar ôl 1000 awr (MΩ) IR Ar ôl 2000 awr (MΩ) Modd Methiant (IR) < 1 MΩ
MgO safonol (gradd ddiwydiannol)<0.1% >1000 18 2.2 0.3 1650 h
MgO -purdeb uchel (99.9%, wedi'i galchynnu)<0.05% >1000 45 5.6 0.8 1850 awr
Boron-modified MgO (mixed with B2O3) 2.5% >1000 320 95 28 >2000 (dim methiant)
Co-sintered MgO-magnesium borate 4.0% (as Mg₃B₂O₆) >1000 560 210 86 >2000 (dim methiant)
Boron-modified + hydrophobic-treated 3.0% B2O3 + silane coating >1000 780 430 190 >2000 (dim methiant)
Dangoswyd y perfformiad uchaf gan y deunydd co{0}}borate magnesiwm sintered-MgO, lle cafodd boron ei integreiddio i dellt grisial MgO yn ystod calchynnu tymheredd uchel, yn hytrach na thrwy gyfuno syml, gyda gwrthiant inswleiddio o fwy na 80 MΩ ar ôl 2000 awr o brofi lleithder cyflymach. Mae hyn 100 gwaith yn fwy na MgO arferol am yr un hyd prawf.

Dibyniaeth Tymheredd Gwrthsefyll Lleithder Boron-Llenwyr wedi'u Haddasu
Mae effeithlonrwydd llenwyr boron -wedi'u haddasu yn dibynnu ar dymheredd y sêl derfynell a diwedd oer y wain, lle mae'r lleithder fel arfer yn mynd i mewn a gall tymheredd y llenwad fod yn ddim ond 40-80 gradd. O dan 60 gradd, mae hydradiad gronynnau boron yn araf a gall boron heb ei adweithio barhau i ganiatáu rhywfaint o hydradiad MgO i ddigwydd dros gyfnodau hir o amser. Fodd bynnag, yn ystod gweithrediad gwresogydd mae'r pen oer fel arfer yn 80-120 gradd oherwydd gwres a drosglwyddir. Ar y tymereddau hyn mae'r adwaith selio borate yn cael ei gyflymu ac mae'r lleithder sy'n mynd i mewn yn cael ei fwyta'n gyflym i gynhyrchu'r cotio borate hydradol sefydlog.

Mae profion hirfaith ar dymheredd cyson (dim cylchoedd gwresogi) yn dangos terfyn tymheredd ar gyfer amddiffyn boron yn effeithlon:

30 gradd, 95% RH: llenwad wedi'i addasu boron > 3000 awr IR > 100 MΩ, MgO safonol 800-1000 awr.

50 gradd , 95% RH (a) Mae llenwad boron wedi'i addasu yn goroesi 2000 o oriau heb fawr o ddirywiad. Mae MgO Safonol yn methu ar 400-600 awr.

70°C, 95% RH: Boron modified filler IR >200 MΩ ar ôl 2000 o oriau; MgO rheolaidd yn methu ar 200-300 awr.

90°C, 95% R.H.: Both fillers work reasonably (>10 MΩ ar ôl 2000 awr). Tymheredd uchel yn gyrru i ffwrdd lleithder amsugno.

Ar gyfer gwresogyddion di-bwer mewn gosodiadau oer, llaith wrth gefn (ee offer tymhorol, gwresogyddion wrth gefn) gall y tymheredd pen oer fod yn amgylchynol. Yn y sefyllfaoedd hyn, mae llenwad boron wedi'i addasu yn rhoi gwelliant o 3-5x mewn ymwrthedd lleithder dros MgO rheolaidd, ond ni all atal dirywiad eithaf os yw ymwthiad lleithder yn ddi-ildio. Ar gyfer cymwysiadau segur oer, yr ateb yw terfynellau wedi'u selio'n hermetig (gwydr-i-seliau metel) neu wresogydd cadw'n fyw watedd isel (5-10% o bŵer graddedig)) sy'n cynnal tymheredd diwedd oer uwchlaw 60 gradd .

Profi Cae Amgaead Rheolaeth Forol ac Awyr Agored
Dilynodd astudiaeth maes berfformiad 316 o diwbiau gwresogi wedi'u gorchuddio â dur di-staen wedi'u gosod mewn clostiroedd rheoli awyr agored (wedi'u nodi NEMA 4X, ond gydag anwedd mewnol) mewn gwaith trin dŵr gwastraff arfordirol. Amodau amgylchynol: 20 i 35 gradd, 60 i 95% RH, chwistrell halen yn yr awyr (0.1 i 0.5 mg/m3 dyddodiad clorid). Gwerthuswyd y gwrthiant insiwleiddio bob tri mis am 36 mis ar gyfer 50 o wresogyddion gyda llenwad MgO rheolaidd a 50 o wresogyddion gyda boron -MgO wedi'i addasu (co-math borate magnesiwm sintered).

Canlyniadau ar gyfer gwresogyddion MgO nodweddiadol: IR 45 MΩ cyfartalog (ystod 8–210 MΩ) ar ôl 6 mis. Ar ôl 12 mis, roedd gan 22 o wresogyddion (44%) IR < 1 MΩ ac wedi baglu amddiffyniad rhag bai ar y ddaear. Methodd 40-un (82%) o wresogyddion ar ôl 24 mis . Ar ôl 36 mis roedd 48 o wresogyddion (96 y cant) wedi methu. Y prif bwynt methiant oedd pen oer y sêl derfynol a chanfuwyd bod y llenwad yn llwyd tywyll ac yn ddargludol.

Canlyniadau ar gyfer boron-gwresogyddion MgO wedi'u haddasu: IR cyfartalog ar ôl 12 mis oedd 280 MΩ (ystod 110–650 MΩ). Ar ôl 24 mis, yr IR cyfartalog oedd 95 MΩ (ystod 22–310 MΩ) a dim ond 3 gwresogydd (6%) oedd ag IR yn is nag 1 MΩ. Ar ôl 36 mis, roedd yr IR cyfartalog yn 52 MΩ (ystod 8-180 MΩ) a methodd 8 gwresogydd (16%). Mae hyn yn gynnydd o 20-mewn bywyd gwasanaeth effeithiol dros MgO arferol ar gyfer yr amgylchedd llaith, llawn halen hwn, fel y gwelir gan y gyfradd oroesi well o 84% ar ôl 36 mis yn erbyn 4%. Dadansoddiad o’r Gwraidd y Broblem O’r wyth methiant, roedd pump yn arddangos difrod gweladwy i’r sêl derfynell (esgidiau silicon wedi cracio) ac roedd tri wedi’u gosod gyda phen oer y gwresogydd yn pwyntio i fyny, gan ganiatáu i anwedd ddraenio i’r rhanbarth terfynell - gwall gosod na allai hyd yn oed llenwr wedi’i addasu â boron wneud iawn amdano.

Iaith Manyleb Gwresogyddion Amgaead Lleithder Uchel
Ar gyfer 316 o diwbiau gwresogi trydan wedi'u lapio â dur di-staen a bennir ar gyfer caeau lle gall y lleithder cymharol fod yn fwy na 80% yn rheolaidd neu lle mae anwedd yn debygol, dylai peirianwyr nodi meini prawf cyfansoddiad llenwi ar y fanyleb prynu. Rhaid i'r llenwad dielectrig mewnol fod yn fagnesiwm ocsid wedi'i addasu â boron ocsid neu magnesiwm borate gydag isafswm cynnwys boron sy'n cyfateb i 2.5% B2O3 yn ôl pwysau. Mae'r MgO boron dop cyd-sintro yn ffafriol i'r cyfansoddion boron cymysg fecanyddol. Bydd y llenwad yn cael ei werthuso ar gyfer ymwrthedd lleithder i IEEE Std 515 Atodiad C (gwrthiant inswleiddio 500 V DC ar ôl 500 awr ar 60 gradd, 95% RH). Yr IR lleiaf a ganiateir fydd 50 MΩ. Ar gyfer cymwysiadau lle mae dibynadwyedd absoliwt yn hollbwysig – fel diogelwch niwclear-gwresogyddion neu wresogyddion cysylltiedig ar lwyfannau alltraeth di-griw – nodwch derfynellau wedi'u selio'n hermetig gyda gwydr i seliau metel yn ogystal â boron llenwad wedi'i addasu, a bydd angen-cadw-prif gylched yn fyw i gadw'r prif gylched yn fyw pan fydd y tymheredd oddi ar y lefel isaf{25}

Mae'r wybodaeth nad cyrydiad gwain yw'r broses fethiant, ond hygrosgopeg llenwi mewnol, yn galluogi peirianwyr i nodi boron-MgO wedi'i addasu, er mwyn osgoi'r diraddiad trydanol araf y mae llenwyr cyffredin bob amser yn ei ddioddef. Mae cost ychwanegol y llenwad boron wedi'i addasu (10-15% o gost cynhyrchu gwresogyddion fel arfer) yn cael ei ad-dalu'n gyflym trwy lai o waith cynnal a chadw, llai o fai ar y ddaear sy'n peri niwsans, a chylchoedd amnewid gwresogyddion hirach.