هل يمكن لسخان PFA المزود بشبكة معدنية مدمجة في الطبقة الخارجية أن يوفر اكتشاف الأخطاء-الأرضية دون تعريض المعادن؟

الطريقة المعتادة لاكتشاف الأعطال الأرضية في سخانات PFA هي قياس تيار التسرب من عنصر التسخين إلى سائل العملية. إذا كان غلاف PFA متصدعًا أو منفذًا، فإن السائل يلتقي بالقلب المعدني، ويتم تشكيل طريق موصل. ولكن بحلول الوقت الذي يحدث فيه هذا، يكون المدفأة قد تعرض لأضرار بالغة بالفعل. يمكن اكتشاف الأخطاء في وقت مبكر دون تعريض المعدن العاري لعملية التآكل باستخدام سخان PFA مع شبكة معدنية مزروعة في الطبقة الخارجية (بين طبقتين PFA). تكون الشبكة عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النيكل وتقترن بجهاز مراقبة الأعطال الأرضية. عندما تنكسر طبقة PFA الخارجية (متآكلة أو تعرضت لهجوم كيميائي أو متشققة)، يتصل سائل العملية بالشبكة المدمجة لإكمال الدائرة إلى الأرض ويتسبب في تنبيه أو إيقاف التشغيل. تظل طبقة PFA الداخلية في مكانها، وبالتالي لا يتلامس القلب المعدني مع حوض الاستحمام ويلوثه. يسمح هذا الإعداد بالكشف عن تدهور الغمد بينما يظل الحاجز الرئيسي (PFA الداخلي) يعمل بكامل طاقته. يكتشف بشكل موثوق التلف الميكانيكي والتآكل والهجوم الكيميائي ولكنه لا يكتشف الاختراق (الانتشار الجزيئي من خلال PFA السليم).

مبدأ البناء والكشف
يحتوي السخان على هيكل من ثلاث-طبقات: PFA داخلي (1.0-1.5 مم) فوق القلب المعدني، وشبكة موصلة (0.1-0.3 مم، ومساحة مفتوحة 50-80%) وPFA خارجي (0.3-0.5 مم) فوق الشبكة. يتم توصيل الشبكة بجهاز مراقبة الأعطال الأرضية (مخصص أو GFCI عادي مع عتبة أقل، 1-5 مللي أمبير). أثناء التشغيل العادي، يتم عزل الشبكة عن سائل العملية بواسطة PFA الخارجي. الشبكة تطفو على الأرض (أو الجهد المرجعي). إذا تم اختراق الطبقة الخارجية عن طريق خدش أو تآكل أو تشقق، فإن السائل الموصل يلامس الشبكة. يمر تيار التسرب (عادة 0.5-5mA) من عنصر التسخين (120-480VAC) عبر PFA الداخلي (اقتران سعوي أو عيب) عبر الشبكة إلى الأرض. ترى الشاشة هذا التيار وتقوم إما بإيقاف تشغيل المدفأة أو إصدار إنذار. تظل طبقة PFA الداخلية في مكانها ولا يلمس سائل العملية القلب المعدني. يمكن استبدال السخان قبل حدوث عطل كارثي أو تلوث الحمام.

ينبغي إنشاء الشبكة بحيث لا يتشكل أي مسار اقتران سعوي قد يؤدي إلى توليد رحلات زائفة. بالنسبة للسخان الذي تبلغ مساحته 1 متر مربع والمزود بشبكة من الفولاذ المقاوم للصدأ (تغطية بنسبة 50%)، تكون السعة بين عنصر التسخين والشبكة في حدود 50-200 pF. تيار التسرب السعوي هو 0.5-2 ميكرو أمبير عند 60 هرتز، وهو أقل بكثير من عتبات الرحلة التقليدية (1-5 مللي أمبير). لا تمثل الرحلات الكاذبة عبر أداة التوصيل السعوية مشكلة. ومع ذلك، يجب أن تكون الشبكة معزولة كهربائيًا عن القلب المعدني. أي اتصال مباشر يولد خطأ أرضي دائم. أثناء التصنيع، يجب أن تكون طبقة PFA الداخلية خالية من الثقب ويجب وضع الشبكة دون ثقب الطبقة الداخلية.

نجاح الكشف عن وضع الفشل
وضع الفشل فشل PFA الخارجي خرق PFA الداخلي؟ إمكانية اكتشاف الشبكة؟ ميزة الوقت مقابل GFCI التقليدية
التآكل (تآكل الطبقة الخارجية) نعم لا نعم من أشهر إلى سنوات
الخدش بواسطة أداة أو مخلفات نعم لا نعم من أشهر إلى سنوات
هجوم كيميائي (تدهور السطح) نعم (مع مرور الوقت) لا (في البداية) نعم من أسابيع إلى أشهر
التكسير الحراري (ركوب الدراجات) نعم (انتشار التشقق إلى الخارج) ليس بعد نعم أسابيع إلى أشهر
ضرر التأثير (دينغ) نعم (في حالة الاختراق الخارجي) لا ربما أشهر
التخلل (الانتشار الجزيئي) لا (التكامل) لا لا (لا يوجد اتصال سائل) لا شيء (مثل الوضع الافتراضي)
ثقب في طبقتين (عيب في التصنيع) نعم نعم نعم (لكن النواة مكشوفة) لا شيء (رحلات GFCI القديمة في نفس الوقت)
صدع في الطبقة الداخلية (الطبقة الخارجية جيدة) لا نعم لا (يصل السائل إلى اللب وليس إلى الشبكة) لا شيء (يكتشف GFCI التقليدي تعرض اللب)
الأداء الميداني والقيود
أدت التجارب الميدانية لسخانات PFA المدمجة مع شبكة في خدمة الملاط الكاشطة (رمل السيليكا، 2 م/ث، 80 درجة) على مدار عامين إلى حدوث اختراق في الطبقة الخارجية خلال التجربة، 12 من 50 سخانًا (تم التحقق من ذلك من خلال انخفاض مقاومة العزل بين الشبكة والأرض). كانت طبقة PFA الداخلية سليمة في جميع الحالات الـ 12. كان من الممكن أن ينطفئ كاشف الشبكة بعد ساعة واحدة-ساعتين من اختراق الطبقة الخارجية، لكن GFCI القياسي (الذي يكتشف التسرب من القلب) لم يكن ليفعل، لأن القلب كان لا يزال معزولًا. وكان متوسط ​​سمك PFA الداخلي المتبقي في حالة تأهب 1.1-1.4 ملم (بدأ عند 1.5 ملم) - بقي الكثير من الحاجز. بدون الشبكة، كانت هذه السخانات ستظل نشطة حتى اختراق الطبقة الداخلية (يقدر بعد 3-9 أشهر) وفي ذلك الوقت سيحدث تلوث الحمام. أعطت الشبكة تحذيرًا مسبقًا لمدة 3-9 أشهر.

في الخدمة الكيميائية (30٪ حمض الهيدروكلوريك، 90 درجة) تعرضت خمس سخانات للتشقق في الطبقة الخارجية بسبب التدوير الحراري. كانت الشبكة قادرة على اكتشاف الخمسة جميعًا في 1-2 دورات بعد ظهور الكراك. لم يكن من الممكن أن يتعثر GFCI القياسي حتى ينتشر الشق إلى الطبقة الداخلية (بعد 20 إلى 50 دورة). أعطت الشبكة مرة أخرى إنذارًا مبكرًا جيدًا. كما هو متوقع، لم تشهد الشبكة أي فشل في التخلل (الانتشار الجزيئي للحمض من خلال PFA السليم). بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها النفاذ هو وضع الفشل الرئيسي (على سبيل المثال، HF المركز عند درجة حرارة عالية) فإن الشبكة لا تقدم سوى فائدة قليلة.

التثبيت والمراقبة
تحتاج الشبكة إلى توصيل كهربائي خاص بها - سلك ثالث في كابل السخان (بالإضافة إلى الخط الأرضي والمحايد والأساسي). تريد أن تكون الأرض الشبكية منفصلة عن الأرض الأساسية حتى لا يتم الخلط بينها. من الممارسات القياسية توصيل الشبكة بالشاشة والشاشة بأرضية النظام.

تضيف الشبكة 15-30% إلى تكلفة السخان.