موضوعات مواد - تطبیق غلاف و هسته با برنامه
انتخاب یک بخاری کارتریج اغلب با مشخصات اولیه مانند ولتاژ و وات کل شروع می شود و به پایان می رسد. با این حال، در فرآیندهای صنعتی تخصصی، مواد مورد استفاده برای غلاف، سیم مقاومت، عایق، و پایانه‌ها در نهایت تصمیم می‌گیرند که آیا بخاری خدمات طولانی و قابل اعتماد ارائه می‌کند یا تبدیل به یک سردرد تعمیر و نگهداری مکرر می‌شود. برای یک-لوله گرمایش الکتریکی تک سر{3} بسیار بلند 1200 میلی متری، انتخاب مواد اهمیت بیشتری پیدا می کند. طول افزایش یافته تنش های مکانیکی ناشی از انبساط حرارتی، ارتعاش و دماهای متفاوت در امتداد بخاری را افزایش می دهد، در حالی که سطح بزرگ مواد بیشتری را در معرض محیط کار قرار می دهد. انتخاب ترکیب مناسب از مواد، یکپارچگی ساختاری، انتقال حرارت کارآمد و مقاومت در برابر چالش های خاص برنامه را تضمین می کند.
غلاف اولین و حساس ترین خط دفاعی را تشکیل می دهد. باید فشار داخلی ناشی از انبساط اجزا، چرخه حرارتی مکرر، و هر شرایط خارجی خارج از بخاری را تحمل کند. برای کاربردهای عمومی-در محیط‌های خشک تا دمای متوسط، ** فولاد ضد زنگ 304** انتخاب استاندارد باقی می‌ماند. توازن محکمی از استحکام، کارایی{5}}هزینه، و مقاومت اولیه در برابر خوردگی را ارائه می دهد. با این حال، وقتی بخاری 1200 میلی‌متری{8}}تک سر کارتریجی-به‌طور مداوم بالای 400 تا 450 درجه کار می‌کند، **Incoloy 800 یا 840** اغلب گزینه برتر است. محتوای بالای نیکل و کروم Incoloy مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون ایجاد می کند و از پوسته پوسته شدن سنگین که می تواند باعث گیرکردن بخاری در داخل سوراخ آن در طول زمان شود، جلوگیری می کند. این آلیاژ استحکام مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می کند که در آن فولاد ضد زنگ 304 شروع به ضعیف شدن یا تشکیل لایه های اکسیدی شکننده می کند.
در کاربردهایی که شامل رطوبت، بخار، کلریدها، یا مواد شیمیایی تمیزکننده تهاجمی - رایج در فرآوری مواد غذایی، تولید دارو، یا تجهیزات حمل و نقل مواد شیمیایی است - ** فولاد ضد زنگ 316** اغلب ترجیح داده می شود. افزودن 2 تا 3 درصد مولیبدن به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی را در مقایسه با 304 بهبود می‌بخشد. برای محیط‌های بسیار خشن که دمای بالا را با گازهای خورنده یا نمک‌های مذاب ترکیب می‌کنند، ممکن است آلیاژهای عجیب‌تر مبتنی بر نیکل{7}} مانند Inconel 600 مشخص شوند، هرچند با هزینه بالاتر.
درون غلاف هسته فعال بخاری قرار دارد: سیم مقاومتی که در عایق الکتریکی تعبیه شده است. واحدهای با کیفیت بالا از **نیکل-آلیاژهای کروم**، معمولاً NiCr 80/20 (Nicrome) استفاده می‌کنند. این ماده انعطاف پذیری عالی و مقاومت پایدار را حتی در دمای عملیاتی بالا حفظ می کند و در برابر اکسیداسیون و افتادگی مقاومت می کند. در یک بخاری فوق‌العاده-1200 میلی‌متری، سیم باید با دقت فوق‌العاده پیچیده شود و در تمام طول کاملاً در مرکز قرار گیرد. حتی تغییرات کوچک در فاصله سیم پیچ یا خروج از مرکز، مناطق داغ موضعی ایجاد می کند که تخریب سیم را تسریع می کند و منجر به خرابی زودرس می شود. سیم پیچی و مرکزیت دقیق با افزایش طول به طور تصاعدی دشوارتر می شود و تخصص سازنده و کنترل فرآیند را ضروری می کند.
ماده عایق بین سیم مقاومت و غلاف تقریباً همیشه ** پودر اکسید منیزیم (MgO) ** است. با این حال، همه MgO برابر نیستند. خلوص، توزیع اندازه ذرات و کیفیت فرآیند تراکم مستقیماً بر استحکام دی الکتریک، هدایت حرارتی و مقاومت در برابر لرزش تأثیر می گذارد. در یک لوله 1200 میلی متری طولانی، فرآیند تراکم (فشرده سازی) به ویژه سخت است. مجموعه بخاری چندین بار از طریق قالب های دقیق کشیده می شود تا قطر را کاهش دهد و MgO را به طور متراکم در اطراف سیم مرکزی بسته بندی کند. یک-فرآیند نوسان چند مرحله‌ای به خوبی اجرا شده، یک سنگ-عایق سخت و یکنواخت ایجاد می‌کند که به طور مؤثر گرما را از سیم به غلاف منتقل می‌کند و در عین حال در برابر ته‌نشینی ناشی از لرزش- مقاومت می‌کند. جابجایی ضعیف پودر شلی به جا می‌گذارد که می‌تواند در حین کار یا حمل و نقل جابجا شود، فضای خالی هوا ایجاد کند، مقاومت عایق کاهش یابد و درنهایت شورت‌های داخلی - به ویژه در نصب‌های عمودی یا ارتعاشی زیاد خطرناک است.
مجموعه پایان و سرب نقطه ضعف بالقوه دیگری است، به خصوص در بخاری های طولانی. سیم‌های فایبرگلاس{1}}عایق‌شده استاندارد ممکن است برای برنامه‌های کاربردی کوتاه‌تر-در دمای پایین‌تر کار کنند، اما برای یک بخاری 1200 میلی‌متری{4}}تک سر کارتریجی{5}}که در محیط‌های گرم یا مکانیکی سخت کار می‌کند، سیم‌های ارتقا یافته ضروری هستند. گزینه‌ها عبارتند از عایق تفلون با دمای بالا برای انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر رطوبت بهتر، یا سرنخ‌های بافته شده از-فولاد ضدزنگ روی-که حفاظت مکانیکی عالی در برابر سایش و خیساندن حرارت ارائه می‌کنند. برخی از طرح‌ها از مهره‌های سرامیکی، زره انعطاف‌پذیر، یا گلدان اپوکسی{11}}در خروجی استفاده می‌کنند تا پایانه‌ای مهر و موم شده و بدون فشار ایجاد کنند که از نفوذ رطوبت جلوگیری می‌کند و در برابر لرزش مقاومت می‌کند.
انتخاب مواد مناسب اساساً یک تصمیم سرمایه گذاری بلندمدت-است. بخاری ارزان‌تر- ساخته شده با فولاد ضد زنگ استاندارد 304، MgO اولیه و سرنخ‌های عمومی ممکن است در هنگام خرید مقرون‌به‌صرفه به نظر برسد، اما در برنامه‌های 1200 میلی‌متری تقاضا، هزینه خرابی‌های غیرمنتظره، تلفات تولید، و تعویض‌های مکرر به سرعت از هر گونه صرفه‌جویی اولیه بیشتر می‌شود. مواد ممتاز - بی رنگ یا غلاف 316 برای مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون،-MgO با خلوص بالا با جابجایی شدید، سیم NiCr 80/20 با مرکز دقیق، و محافظ سربی قوی - عملکرد بخاری را به عنوان یک سیستم قابل اطمینان و یکپارچه نقطه خرابی بزرگتر تضمین می کند.
با تطبیق دقیق آلیاژ غلاف، سیم مقاومت، کیفیت عایق، و طراحی پایانه با دمای عملیاتی واقعی، محیط، چرخه کاری و تنش‌های مکانیکی برنامه، مهندسان می‌توانند به طور قابل‌توجهی عمر مفید را افزایش دهند و عملکرد ثابتی را از بخاری‌های کارتریج 1200 میلی‌متری فوق‌العاده- خود حفظ کنند.
