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

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

Nakon dvanaest godina podrške operacijama taljenja stakla, ponavljajući problem je da očitanja termoparnih sondi postupno odstupaju ili zaštitna cijev zakaže znatno prije zakazanog pogona. Temperatura peći je stabilna i element termoparne sonde je ispravne vrste, no prikazana temperatura se pomakne za desetke stupnjeva ili se cijev napukne ili stanjuje na razini stakla ili u prostoru za izgaranje. Osnovni čimbenici su brzina korozije uzrokovane alkalnim parama ili rastopljenim staklom i toplinska provodljivost materijala cijevi, koji zajedno određuju i vijek trajanja i kašnjenje u temperaturnoj reakciji.

Aluminijske cijevi (obično 99 % Al₂O₃) prilično dobro odolijevaju napadu rastaljenog stakla i alkalnih para zbog svoje kemijske stabilnosti, ali imaju umjerenu toplinsku provodnost (oko 25–30 W/m·K) i ograničenu otpornost na toplinski šok. Cijevi od silicijevog karbida, osobito sinterirane ili rekristalizirane kvalitete, nude veću toplinsku provodnost (često 30–50 W/m·K ili više) i bolju otpornost na udar, što smanjuje kašnjenje u odzivu, ali neke kvalitete mogu doživjeti površinsku oksidaciju ili reakciju u snažno alkalnim atmosferama. Korozija se odvija reakcijom alkalnih oksida s površinom cijevi, pri čemu nastaje sloj s niskom temperaturom topljenja koji se polako otapa ili ljušti. U položajima uronjenim u tekućinu napad je brži; u kruni ili nadstrukturi napad je potaknut kondenzacijom pare. Otapanje stijenke povećava rizik od mehaničkog otkaza, dok debela stijenka ili stijenka niske toplinske provodljivosti povećava vremensku konstantu mjerenja.

U peći s posudom i staklenom pločom koja radi na 1450–1500 °C, dvije zaštitne cijevi zatvorenih krajeva bile su postavljene jedna uz drugu u kruni tijekom 90 dana. Aluminijska cijev (izvorna debljina stijenke 6 mm) pokazala je prosječno stanjivanje od 1,2 mm u najtopljoj zoni i izmjerenu vremensku konstantu od približno 45 sekundi pri promjeni opterećenja plamenika. Sinterirana cijev od silicijevog karbida (izvorna debljina stijenke 5 mm) pokazala je stanjivanje od 0,7 mm pod istim uvjetima i vremensku konstantu od približno 28 sekundi. U nijednoj cijevi nije došlo do proboja pukotina. Nakon uklanjanja, površina od alumine imala je tanki reaktivni sloj koji sadrži natrij i kalij; površina od silicijevog karbida imala je tanku silicijevu koricu s ograničenom penetracijom lužina. Mjerenja temperature na cijevi od silicijevog 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 termoparnih cijevi u staklenoj peći, praktične varijable su čistoća materijala, gustoća i izloženost alkalnim parama nasuprot izravnom kontaktu sa staklom. Performanse staklenog omotača termoparnih cijevi od alumine i SiC potvrđuju se mjerenjem gubitka zida i vremena odziva pod istim uvjetima peći, a ne samo laboratorijskim podacima o koroziji. Vijek trajanja cijevi termopara za rastopljeno staklo produljuje se kada materijal otporan na kemijski napad i toplinski šok na radnoj temperaturi. Kada očitanja odstupaju ili cijevi prerano otkažu, potvrda se traži u mjerenjima debljine stijenke i uočelom vremenskom kašnjenju tijekom poznatog promjena temperature. Odabir cijevi s većom provodljivošću i adekvatnom otpornošću na koroziju, što je pokazano smanjenjem stanjivanja s 1,2 mm na 0,7 mm i konstantom vremena s 45 s na 28 s u usporedbi krune, poboljšava i odziv mjerenja i vijek trajanja u radu s vatrostalnim staklom.