Hvorfor beskyttelsesrør for termoelementer svikter tidlig eller utsettes for avvik i glassovner

Hvorfor beskyttelsesrør for termoelementer svikter tidlig eller utsettes for avvik i glassovner

Etter tolv år med drift av glasssmelting er et tilbakevendende problem at målingene fra termoelementene gradvis avviker, eller at beskyttelsesrøret svikter lenge før den planlagte vedlikeholdskampanjen. Ovnstemperaturen er stabil og termoelementet er av riktig type, men likevel endres den viste temperaturen med flere titalls grader, eller røret sprekker eller blir tynnere ved glasslinjen eller i forbrenningskammeret. De underliggende faktorene er korrosjonshastigheten forårsaket av alkalidamp eller smeltet glass og rørets varmeledningsevne, som sammen bestemmer både levetiden og forsinkelsen i temperaturresponsen.

Aluminiumoksidrør (vanligvis 99 % Al₂O₃) tåler angrep fra smeltet glass og alkalidamp ganske godt på grunn av sin kjemiske stabilitet, men de har moderat varmeledningsevne (rundt 25–30 W/m·K) og begrenset motstand mot termisk sjokk. Rør av silisiumkarbid, særlig sintret eller omkrystallisert, har høyere varmeledningsevne (ofte 30–50 W/m·K eller mer) og bedre motstand mot termisk sjokk, noe som reduserer responsforsinkelsen, men enkelte typer kan utsettes for overflateoksidasjon eller reaksjon i sterkt alkaliske atmosfærer. Korrosjon skjer ved at alkalioksider reagerer med røroverflaten og danner et lag med lavt smeltepunkt som sakte oppløses eller flasser av. I nedsenkede deler skjer angrepet raskere; i kronen eller overbygningen drives angrepet av dampkondensasjon. Veggfortynning øker risikoen for mekanisk svikt, mens en tykk vegg eller en vegg med lav ledningsevne øker målingens tidskonstant.

I en glassbeholderovn som opererte ved 1450–1500 °C, ble to beskyttelsesrør med lukkede ender installert side om side i ovnens krone i 90 dager. Aluminiumoksidrøret (opprinnelig veggtykkelse 6 mm) viste en gjennomsnittlig uttynning på 1,2 mm i den varmeste sonen og en målt tidskonstant på ca. 45 sekunder når brennerbelastningen ble endret. Det sintrede silisiumkarbidrøret (opprinnelig veggtykkelse 5 mm) viste en uttynning på 0,7 mm under de samme forholdene og en tidskonstant på omtrent 28 sekunder. Det oppstod ingen gjennomgående sprekker i noen av rørene. Etter fjerning hadde aluminiumoksidoverflaten et tynt reaksjonslag som inneholdt natrium og kalium; silisiumkarbidoverflaten hadde en tynn silisiumdioksidskala med begrenset alkaliinntrengning. Temperaturmålingene fra silisiumkarbidrøret fulgte prosessendringen tettere, mens aluminiumoksidrøret hang etter nok til å kreve et større kontrolldødbånd.

Valg av rør innebærer derfor en avveining mellom korrosjonsbestandighet, varmeledningsevne og veggtykkelse for det aktuelle bruksområdet. Når det gjelder korrosjonskontroll i glassovner for beskyttelsesrør til termoelementer, er de praktiske variablene materialets renhet, tetthet samt eksponering for alkalidamp kontra direkte kontakt med glasset. Ytelsen til termokoblingsmantelglass av aluminiumoksid sammenlignet med SiC bekreftes ved å måle veggtap og responstid under de samme ovnforholdene, snarere enn utelukkende ved hjelp av korrosjonsdata fra laboratoriet. Levetiden til termoelementrør i smeltet glass forlenges når materialet tåler både kjemisk angrep og termisk sjokk ved driftstemperaturen. Når målingene avviker eller rørene svikter tidlig, er bekreftende bevis målinger av veggtykkelse og den observerte tidsforsinkelsen under en kjent temperaturendring. Valg av et rør med høyere ledningsevne og tilstrekkelig korrosjonsbestandighet – som vist ved reduksjonen fra 1,2 mm til 0,7 mm i veggtykkelse og fra 45 s til 28 s i tidskonstant i kronesammenligningen – forbedrer både måleresponsen og levetiden ved bruk i glassovner.