Proč dochází k předčasnému selhání nebo k odchylkám v hodnotách ochranných trubic termočlánků ve sklářských pecích

Proč dochází k předčasnému selhání nebo k odchylkám v hodnotách ochranných trubic termočlánků ve sklářských pecích

Po dvanácti letech provozu při tavení skla se opakovaně vyskytuje problém, že hodnoty z termočlánků postupně vybočují nebo dojde k poruše ochranné trubice dlouho před plánovaným cyklem údržby. Teplota pece je stabilní a termočlánek je správného typu, přesto se naměřená teplota posouvá o desítky stupňů, případně trubice praskne nebo se ztenčí v místě styku se sklem nebo ve spalovací komoře. Příčinou jsou rychlost koroze způsobená alkalickými parami nebo roztaveným sklem a tepelná vodivost materiálu trubice, které společně určují jak životnost, tak zpoždění teplotní odezvy.

Trubky z oxidu hlinitého (obvykle 99 % Al₂O₃) díky své chemické stabilitě poměrně dobře odolávají působení roztaveného skla a alkalických par, mají však střední tepelnou vodivost (kolem 25–30 W/m·K) a omezenou odolnost proti tepelným šokům. Trubky z karbidu křemíku, zejména slinuté nebo rekrystalizované typy, nabízejí vyšší tepelnou vodivost (často 30–50 W/m·K nebo více) a lepší odolnost proti teplotním šokům, což snižuje zpoždění odezvy, avšak u některých typů může docházet k povrchové oxidaci nebo k reakcím ve silně alkalických atmosférách. Koroze probíhá reakcí oxidů alkalických kovů s povrchem trubky, přičemž se tvoří vrstva s nízkou teplotou tání, která se pomalu rozpouští nebo odlupuje. V ponořených částech je korozní působení rychlejší; v horní části nebo nadstavbě je korozní působení způsobeno kondenzací par. Ztenčení stěny zvyšuje riziko mechanického selhání, zatímco silná stěna nebo stěna s nízkou tepelnou vodivostí zvyšuje časovou konstantu měření.

V peci na sklo v kontejneru, pracující při teplotě 1450–1500 °C, byly v horní části pece po dobu 90 dnů instalovány vedle sebe dvě uzavřené ochranné trubice. Trubice z oxidu hlinitého (původní tloušťka stěny 6 mm) vykazovala v nejteplejší zóně průměrné ztenčení 1,2 mm a naměřenou časovou konstantu přibližně 45 sekund při změně zatížení hořáku. Trubice ze slinutého karbidu křemíku (původní tloušťka stěny 5 mm) vykazovala za stejných podmínek ztenčení o 0,7 mm a časovou konstantu přibližně 28 sekund. V žádné z trubic nedošlo k průchozím trhlinám. Po demontáži vykazoval povrch trubky z oxidu hlinitého tenkou reakční vrstvu obsahující sodík a draslík; povrch trubky z karbidu křemíku měl tenkou vrstvu oxidu křemičitého s omezeným pronikáním alkalických prvků. Teplotní údaje z trubky z karbidu křemíku sledovaly změny v procesu přesněji, zatímco trubka z oxidu hlinitého vykazovala dostatečné zpoždění, které vyžadovalo větší mrtvou zónu regulace.

Při výběru trubek se proto zohledňuje rovnováha mezi odolností proti korozi, tepelnou vodivostí a tloušťkou stěny s ohledem na konkrétní umístění. Pro kontrolu koroze skleněných trubek chránících termočlánky v pecích jsou praktickými proměnnými čistota materiálu, hustota a vystavení alkalickým parám oproti přímému kontaktu se sklem. Výkonnost skla pláště termočlánku z oxidu hlinitého ve srovnání se sklem z karbidu křemíku (SiC) se potvrzuje měřením úbytku tloušťky stěny a doby odezvy za stejných podmínek v peci, nikoli pouze na základě laboratorních údajů o korozi. Životnost trubice termočlánku v roztaveném skle se prodlužuje, pokud materiál odolává jak chemickému působení, tak tepelnému šoku při provozní teplotě. Pokud dochází k odchylkám naměřených hodnot nebo k předčasnému selhání trubek, potvrzujícím důkazem jsou měření tloušťky stěny a pozorované časové zpoždění během známé změny teploty. Volba trubice s vyšší vodivostí a dostatečnou odolností proti korozi, jak dokládá snížení úbytku tloušťky stěny z 1,2 mm na 0,7 mm a zkrácení časové konstanty z 45 s na 28 s v porovnání korunových částí, zlepšuje jak odezvu měření, tak životnost při provozu ve sklářské peci.