Varför skyddsrör för termoelement går sönder i förtid eller drifter i glasugnar

Varför skyddsrör för termoelement går sönder i förtid eller drifter i glasugnar

Efter tolv års drift inom glassmältning är ett återkommande problem att termoparets mätvärden gradvis avviker eller att skyddsröret går sönder långt före den planerade underhållskampanjen. Ugntemperaturen är stabil och termoparelementet är av rätt typ, men ändå avviker den angivna temperaturen med tiotals grader, eller så spricker röret eller blir tunnare vid glaslinjen eller i förbränningsutrymmet. De bakomliggande orsakerna är korrosionshastigheten orsakad av alkaliska ångor eller smält glas samt rörmaterialets värmeledningsförmåga, vilka tillsammans avgör både livslängden och fördröjningen i temperaturresponsen.

Aluminiumoxidrör (vanligtvis 99 % Al₂O₃) tål angrepp från smält glas och alkaligaser relativt väl tack vare sin kemiska stabilitet, men de har måttlig värmeledningsförmåga (cirka 25–30 W/m·K) och begränsad motståndskraft mot termisk chock. Rör av kiselkarbid, särskilt sintrade eller omkristalliserade kvaliteter, har högre värmeledningsförmåga (ofta 30–50 W/m·K eller mer) och bättre motståndskraft mot termisk chock, vilket minskar fördröjningen i responsen, men vissa kvaliteter kan utsättas för ytoxidation eller reaktioner i starkt alkaliska atmosfärer. Korrosionen sker genom en reaktion mellan alkali-oxider och rörytan, vilket bildar ett lågsmältande skikt som långsamt löses upp eller flagnar av. I nedsänkta lägen sker angreppet snabbare; i kronan eller överbyggnaden drivs angreppet av ångkondensation. Väggförtunning ökar risken för mekaniskt brott, medan en tjock vägg eller en vägg med låg värmeledningsförmåga ökar mätningens tidskonstant.

I en glasbehållarugn som drevs vid 1450–1500 °C installerades två slutna skyddsrör sida vid sida i ugnskronan under 90 dagar. Aluminiumoxidröret (ursprunglig väggtjocklek 6 mm) uppvisade en genomsnittlig uttunning på 1,2 mm i den hetaste zonen och en uppmätt tidskonstant på cirka 45 sekunder när brännarbelastningen ändrades. Det sintrade kiselkarbidröret (ursprunglig väggtjocklek 5 mm) uppvisade en uttunning på 0,7 mm under samma förhållanden och en tidskonstant på cirka 28 sekunder. Inga genomgående sprickor uppstod i något av rören. Efter borttagningen uppvisade aluminiumoxidyta ett tunt reaktionsskikt innehållande natrium och kalium; kiselkarbidytan uppvisade en tunn kiseldioxidbeläggning med begränsad alkaliinblandning. Temperaturavläsningarna från kiselkarbidröret följde processförändringen mer noggrant, medan aluminiumoxidröret släpade efter tillräckligt mycket för att kräva ett större reglerdödzon.

Valet av rör innebär därför att man avväger korrosionsbeständighet mot värmeledningsförmåga och väggtjocklek för den specifika platsen. När det gäller korrosionskontroll i glasugnar för termoelementskyddsrör är de praktiska variablerna materialets renhet, densitet samt exponering för alkalisk ånga jämfört med direkt kontakt med glaset. Prestandan hos termoparhöljen av aluminiumoxid jämfört med kiselkarbid (SiC) bekräftas genom mätning av väggförlust och svarstid under samma ugnsförhållanden, snarare än enbart genom korrosionsdata från laboratoriet. Livslängden för termoelementrör i smältglas förlängs när materialet tål både kemisk påverkan och termisk chock vid driftstemperaturen. När mätvärdena avviker eller rören går sönder i förtid, bekräftas detta genom mätningar av väggtjockleken och den observerade tidsfördröjningen under en känd temperaturförändring. Att välja ett rör med högre ledningsförmåga och tillräcklig korrosionsbeständighet – vilket framgår av minskningen från 1,2 mm till 0,7 mm i väggtapp och från 45 s till 28 s i tidskonstant i jämförelsen av krönet – förbättrar både mätningens respons och livslängden vid användning i glasugnar.