Чому захисні трубки термопар передчасно виходять з ладу або втрачають точність у скляних печах

Чому захисні трубки термопар передчасно виходять з ладу або втрачають точність у скляних печах

Після дванадцяти років експлуатації в умовах плавлення скла постійно виникає проблема: показання термопари поступово зміщуються, або захисна трубка виходить з ладу задовго до запланованого терміну. Температура в печі стабільна, а елемент термопари відповідає необхідному типу, проте показана температура зміщується на десятки градусів, або трубка тріскається чи стоншується в зоні виходу скла або в камері згоряння. Причинами цього є швидкість корозії під дією парів лугів або розплавленого скла, а також теплопровідність матеріалу трубки, які разом визначають як термін служби, так і затримку у реакції на зміну температури.

Трубки з оксиду алюмінію (зазвичай 99 % Al₂O₃) завдяки своїй хімічній стійкості досить добре протистоять впливу розплавленого скла та парів лугів, проте мають помірну теплопровідність (близько 25–30 Вт/м·К) та обмежену стійкість до термічних ударів. Трубки з карбіду кремнію, особливо спечені або рекристалізовані марки, мають вищу теплопровідність (часто 30–50 Вт/м·К або більше) та кращу стійкість до термічних ударів, що зменшує затримку реакції, але деякі марки можуть піддаватися поверхневому окисленню або вступати в реакцію в сильно лужних середовищах. Корозія відбувається внаслідок реакції оксидів лугів із поверхнею труби, утворюючи низькоплавкий шар, який повільно розчиняється або відшаровується. У занурених ділянках корозія протікає швидше; у верхній частині або надбудові корозія зумовлена конденсацією пари. Зменшення товщини стінок підвищує ризик механічного руйнування, тоді як товсті стінки або стінки з низькою теплопровідністю збільшують постійну часу вимірювання.

У печі для виробництва скляного контейнера, що працює при температурі 1450–1500 °C, у верхній частині печі протягом 90 днів були встановлені дві захисні трубки із закритими кінцями, розташовані поруч. Трубка з оксиду алюмінію (початкова товщина стінки 6 мм) показала середнє стоншення 1,2 мм у найгарячішій зоні та виміряну постійну часу приблизно 45 секунд при зміні навантаження пальника. Трубка зі спеченого карбіду кремнію (початкова товщина стінки 5 мм) за тих самих умов показала стоншення на 0,7 мм та постійну часу приблизно 28 секунд. У жодній із трубок не виникло наскрізних тріщин. Після вилучення на поверхні трубки з оксиду алюмінію утворився тонкий реакційний шар, що містив натрій і калій; на поверхні трубки з карбіду кремнію утворилася тонка оболонка з діоксиду кремнію з обмеженим проникненням лугів. Показники температури з трубки з карбіду кремнію більш точно відстежували зміни в процесі, тоді як трубка з оксиду алюмінію відставала настільки, що вимагала більшої зони нечутливості системи регулювання.

Отже, при виборі трубки враховується баланс між корозійною стійкістю, теплопровідністю та товщиною стінок для конкретного місця застосування. Щодо контролю корозії в скляних печах для захисних трубок термопар, практичними параметрами є чистота матеріалу, щільність, а також вплив парів лугів у порівнянні з прямим контактом зі склом. Ефективність скла оболонки термопари з оксиду алюмінію порівняно з карбідом кремнію підтверджується вимірюванням втрати товщини стінок та часу відгуку за однакових умов у печі, а не лише на основі лабораторних даних щодо корозії. Термін служби трубок термопар у розплавленому склі подовжується, коли матеріал витримує як хімічний вплив, так і термічний шок при робочій температурі. Коли показники зсуваються або трубки виходять з ладу передчасно, підтверджуючими доказами є вимірювання товщини стінок та спостережуване часове відставання під час відомої зміни температури. Вибір трубки з вищою теплопровідністю та достатньою корозійною стійкістю, про що свідчить зменшення товщини стінки з 1,2 мм до 0,7 мм та скорочення постійної часу з 45 с до 28 с у порівнянні з моделлю «корона», покращує як швидкість відгуку вимірювань, так і термін служби в умовах роботи у скляній печі.