Zašto zaštitne cijevi termoparnih sondi prerano otkazuju ili se pomjeraju u staklenim pećima

Zašto zaštitne cijevi termoparnih sondi prerano otkazuju ili se pomjeraju u staklenim pećima

Nakon dvanaest godina podrške operacijama taljenja stakla, ponavljajući problem je da očitanja termoparnih sondi postepeno odstupaju ili zaštitna cijev zakaže mnogo prije zakazanog perioda rada. Temperatura peći je stabilna i element termoparne sonde je odgovarajućeg tipa, ali prikazana temperatura se pomjera za desetine stepeni ili se cijev napukne ili stanjuje na liniji stakla ili u prostoru za sagorijevanje. Osnovni faktori su brzina korozije uslijed alkalnih isparenja ili rastopljenog stakla i toplotna provodnost materijala cijevi, koji zajedno određuju i vijek trajanja i kašnjenje u temperaturnom odgovoru.

Aluminijske cijevi (obično 99 % Al₂O₃) prilično dobro odolijevaju napadu rastopljenog stakla i alkalnih para zbog svoje kemijske stabilnosti, ali imaju umjerenu toplinsku provodnost (oko 25–30 W/m·K) i ograničenu otpornost na toplotni šok. Cijevi od silicij-karbida, posebno sinterirane ili rekristalizirane vrste, nude veću toplotnu provodnost (često 30–50 W/m·K ili više) i bolju otpornost na udarce, što smanjuje kašnjenje u odzivu, ali neke vrste mogu doživjeti površinsku oksidaciju ili reakciju u jako alkalnim atmosferama. Korozija se odvija reakcijom alkalnih oksida sa površinom cijevi, formirajući sloj niskog tačke topljenja koji se polako otapa ili ljušti. U pozicijama uronjenim u tečnost napad je brži; u kruni ili nadstrukturi napad je potaknut kondenzacijom pare. Tanjanje zida povećava rizik od mehaničkog otkaza, dok debeli zid ili zid niske provodljivosti povećava vremensku konstantu mjerenja.

U peći za kontejnere i staklo koja radi na temperaturi od 1450–1500 °C, dvije zaštitne cijevi zatvorenog kraja bile su postavljene jedna pored druge u kruni tokom 90 dana. Aluminijeva cijev (izvorna debljina zida 6 mm) pokazala je prosječno stanjivanje od 1,2 mm u najtoplijoj zoni i izmjerenu vremensku konstantu od približno 45 sekundi pri promjeni opterećenja plamenika. Sinterovana cijev od silicijumskog karbida (izvorni zid debljine 5 mm) pokazala je stanjivanje od 0,7 mm pod istim uslovima i vremensku konstantu od približno 28 sekundi. U nijednoj od cijevi nije došlo do proboja pukotina. Nakon uklanjanja, površina od alumine imala je tanak reakcijski sloj koji sadrži natrij i kalij; površina od silicijskog karbida imala je tanak silicijasti sloj s ograničenom penetracijom alkali. Mjerenja temperature iz cijevi od silicijskog karbida preciznije su pratila promjenu procesa, dok je cijev od alumine zaostajala dovoljno da je bila potrebna veća kontrolna mrtva zona.

Odabir cijevi stoga balansira otpornost na koroziju, toplinsku provodnost i debljinu stijenke za određenu lokaciju. Za kontrolu korozije zaštitne cijevi termopara u staklenoj peći, praktične varijable su čistoća materijala, gustoća i izloženost alkalnim parama naspram direktnog kontakta sa staklom. Performanse staklene obloge za termopar od alumine naspram SiC potvrđuju se mjerenjem gubitka zida i vremena odziva pod istim uslovima peći, a ne samo laboratorijskim podacima o koroziji. Vijek trajanja cijevi termopara za rastopljeno staklo produžava se kada materijal otporan na hemijski napad i toplotni šok na radnoj temperaturi. Kada očitanja odstupaju ili cijevi prerano otkažu, potvrđujući dokaz su mjerenja debljine zida i uočeno vremensko kašnjenje tokom poznatog promjena temperature. Odabir cijevi s većom provodljivošću i adekvatnom otpornošću na koroziju, što je pokazano smanjenjem stanjivanja sa 1,2 mm na 0,7 mm i konstantne vremenske konstante sa 45 s na 28 s u usporedbi krune, poboljšava i odziv mjerenja i vijek trajanja u radu sa staklenom peći.