W procesach przemysłowych o wysokiej temperaturze,Rury ochronne termopary odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu dokładnego pomiaru temperatury i ochronie czujników temperatury przed trudnymi warunkami pracy.
Dokładność pomiaru temperatury zależy jednak nie tylko od maksymalnej odporności temperatury.
W wielu zastosowaniach,Cięłość gazu jest jednym z najważniejszych czynników wydajnościponieważ agresywne gazy, roztopione materiały i pary chemiczne mogą przenikać rurę ochronną i uszkodzić termoelement.
Jest to szczególnie ważne w przypadku:
- Piece sterujące atmosferą
- Systemy obróbki cieplnej
- Procesy metalurgiczne
- Płynne piece do topienia szkła
- Urządzenia przetwarzające chemikalia
- Systemy monitorowania spalin
Wśród różnych ceramicznych materiałów do rur ochronnych,Rury ceramiczne z węglanu krzemu (SiC)są szeroko stosowane ze względu na ich doskonałą przewodność cieplną, odporność na wstrząsy cieplne i stabilność w wysokich temperaturach.
Jednakże różne materiały SiC zapewniają znacznie różne poziomy szczelności gazowej.
Zrozumienie tej różnicy ma zasadnicze znaczenie dla wyboru odpowiedniej rurki ochronnej termoparów.
Gasowa szczelność odnosi się do zdolności rury ochronnej do zapobiegania przeniknięciu przez ścianę rury zewnętrznych gazów, par i płynów i dotarciu do elementu termopary.
Przewód zabezpieczający szczelny od gazu powinien skutecznie izolować termopar od:
- Gazy utleniające
- Atmosfery zawierające siarkę
- Redukcja gazów
- Pary metali stopionych
- składniki chemiczne żrące
Słaba szczelność gazu może prowadzić do:
- Zanieczyszczenie termoparami
- Utlenianie czujnika
- Niewydolność izolacji elektrycznej
- Nieprawidłowe odczyty temperatury
- Przedwczesna awaria czujnika
W związku z tym szczelność gazu bezpośrednio wpływa na niezawodność pomiarów i czas pracy urządzeń.
Przy podwyższonych temperaturach wiele środowisk przemysłowych zawiera bardzo reaktywne gazy.
Na przykład:
Atmosfera może zawierać:
- Pary alkaliczne
- Związki siarki
- Węglowodory
Substancje te mogą stopniowo atakować materiały termoparów.
Atmosfery kontrolowane mogą obejmować:
- Wodór
- Azot
- Gazy zawierające węgiel
- Amoniak
Infiltracja gazu może zmienić środowisko lokalne wokół termopary i wpływać na dokładność pomiaru.
Roztopione metale i łupki mogą wytwarzać:
- Pary metalowe
- Oksydy
- Związki reaktywne
Bez wystarczającej ochrony termopar może szybko ulec awarii.
Nie wszystkie rurki ochronne z węglika krzemowego mają taką samą strukturę.
Proces produkcji określa:
- Poreczność
- Mikrostruktura
- Przepuszczalność gazu
- Odporność na korozję
Do najczęstszych materiałów z rur ochronnych SiC należą:
- Karbid krzemowy związany reakcją (RBSC / SiSiC)
- Karbyd krzemu związany azotkiem krzemu (Si3N4-związany SiC)
- Karbyd krzemu rekrystalizowany (R-SiC)
- Karbyd krzemu sinterowany bezciśnieniowo (SSiC)
Związany w reakcji węglik krzemowy wytwarzany jest poprzez infiltrację porowego ciała węglowego SiC stopionym krzemem.
Pozostały krzemowy wypełnia wewnętrzne pory, tworząc niemal całkowicie gęstą strukturę.
Typowe cechy:
| Nieruchomości | Typowa wartość |
|---|---|
| Gęstość masowa | 30,00 ≈ 3,05 g/cm3 |
| Widoczna porowatość | ≈0% |
| Gaskówka | Świetnie. |
| Maksymalna temperatura pracy | 1350 ∼ 1400°C |
Ze względu na niemal zerową porowatość SiSiC zapewnia:
- Doskonała wydajność uszczelniająca
- Wysoka odporność na przeniknięcie gazu
- Niezawodna ochrona termoparów
Jest on szczególnie odpowiedni do:
- Piece atmosferyczne
- Systemy analizy gazu
- Aplikacje pomiaru temperatury zamkniętej
Jednak obecność pozostałości wolnego krzemu ogranicza jego maksymalną zdolność temperatury.
Długotrwałe narażenie powyżej około 1400°C może powodować utlenianie i degradację powierzchni.
Zrekrystalizowany węglik krzemowy wytwarzany jest bez dodatków do spiekania.
Materiał osiąga:
- Bardzo wysoka czystość SiC
- Doskonała odporność na utlenianie
- Wyższa odporność na wstrząsy cieplne
Typowe właściwości:
| Nieruchomości | Typowa wartość |
|---|---|
| czystość SiC | >99% |
| Maksymalna temperatura pracy | 1650°C |
| Gęstość masowa | ~2,7 g/cm3 |
| Widoczna porowatość | ~15% |
Strukturę porowatą zapewnia doskonałą odporność na wstrząsy cieplne.
Oznacza to jednak również:
- Przepuszczalność gazu jest większa
- Nie można zagwarantować całkowitego uszczelnienia gazu
W związku z tym R-SiC jest idealny do:
- Płynne piece do topienia szkła
- Środowiska utleniające o wysokiej temperaturze
- Atmosfery zawierające siarkę
W przypadku termoelementów z metali szlachetnych lub zastosowań wrażliwych na gazy może być jednak wymagana dodatkowa obudowa wewnętrzna.
SiC połączony z azotkiem krzemu łączy:
- Siła cząstek SiC
- Faza wiązania Si3N4
Typowe zalety:
- Doskonała odporność na wstrząsy cieplne
- Dobra stabilność wymiarowa
- Dostępność dużej średnicy
Jednakże struktura porowata oznacza, że szczelność gazu jest niższa niż SiC związany reakcją.
Jest powszechnie stosowany w:
- Piece do obróbki cieplnej
- Piece ceramiczne
- Systemy ogrzewania intermitentnego
Częstym błędem jest wybór rur ochrony tylko w zależności od maksymalnej temperatury.
Jednakże rzeczywisty okres użytkowania zależy od połączenia:
- Temperatura
- Atmosfera
- Środowisko chemiczne
- Cykl termiczny
- Wymogi dotyczące przepuszczalności gazu
Na przykład:
Priorytet:
✓ odporność na wysokie temperatury
✓ Odporność na wstrząsy cieplne
✓ odporność na korozję siarki
Zalecane:
R-SiC
Priorytet:
✓ Izolacja gazowa
✓ Dokładność pomiaru
✓ Długa żywotność czujnika
Zalecane:
SiC związany reakcją (SiSiC)
Priorytet:
✓ Odporność na wstrząsy cieplne
✓ Trwałość mechaniczna
Zalecane:
SiC połączony Si3N4
| Materiał | Ciętość gazu | Zdolność temperatury | Wstrząs cieplny | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|---|
| SiSiC | Świetnie. | 1350 ∼ 1400°C | Świetnie. | Piekarnik atmosferyczny, analiza gazu |
| R-SiC | Środkowa | Do 1650°C | Świetnie. | Piece szklane, gazy żrące |
| Si3N4-SiC | Dobrze. | Około 1450°C | Świetnie. | Piece do cyklu termicznego |
| SSiC | Świetnie. | Do 1600°C | Bardzo dobrze. | Aplikacje o wysokiej wydajności |
Aby uzyskać dłuższą żywotność termopary:
Nie wybieraj wyłącznie na podstawie wartości temperatury.
Rozważmy:
- Skład gazu
- Poziom utleniania
- Ekspozycja chemiczna
- Wymagana wydajność uszczelniająca
W przypadku zastosowań obejmujących:
- Włókna z włókien
- Wysoko korozyjne gazy
- Ochrona metali szlachetnych
Dwukrotna konstrukcja z powłoką aluminiową może znacząco poprawić ochronę.
Nawet doskonałe materiały mogą się załamać z powodu:
- Nieprawidłowa instalacja
- Wstrząs cieplny
- Uderzenie mechaniczne
Konieczne jest odpowiednie rozgrzewanie i kontrolowane cykle ogrzewania.
Cięłość gazu jest kluczowym, ale często pomijanym czynnikiem przy wyborze rur ochronnych z termoaparów węglika krzemowego.
Różne materiały SiC zapewniają różne zalety:
- SiC związany reakcją (SiSiC)oferuje lepszą wydajność uszczelniania gazu.
- Zrekrystalowany SiC (R-SiC)zapewnia wyjątkową odporność na wysokie temperatury i korozję.
- SiC połączony Si3N4zapewnia doskonałą odporność na wstrząsy cieplne i efektywność kosztową.
Właściwy wybór materiału powinien zawsze uwzględniać całe środowisko pracy, a nie tylko maksymalną temperaturę.
W przypadku zastosowań wymagających dokładnego pomiaru temperatury w wymagających środowiskach przemysłowych wybór odpowiedniego materiału rur ochronnych SiC ma zasadnicze znaczenie dla poprawy niezawodności,zmniejszenie czasu przestoju, i wydłużenie żywotności termopary.
