9 か月後の PTFE 浸漬ヒーターの抵抗ドリフトの原因は何ですか?

化学処理プラントでは、9 か月の使用後に 4 kW PTFE 浸漬ヒーターが銘板の 16.7 A ではなく 17.8 A を消費していることに気づきました。その差は-約 6%-と小さかったですが、一貫して増加していました。コントローラーは設定値を維持するために一生懸命働いており、ヒーターは新品時よりも熱くなっているように見えました。抵抗素子は故障していませんでした。漂流していたのだ。

抵抗ドリフトは、時間の経過とともに加熱要素の電気抵抗が徐々に変化することです。 PTFE 浸漬ヒーターでは、ドリフトは通常、抵抗線またはその接続部の酸化、汚染、または機械的変化によって引き起こされます。ドリフトが突然起こることはほとんどありませんが、数か月にわたってヒーターが設計パラメータの範囲外に押し出され、性能と耐用年数の両方に影響を与える可能性があります。

発熱体の通常の抵抗の安定性

新しい発熱体の抵抗は、室温で測定した場合、銘板値の ±5% 以内です。 4 kW、240 V ヒーターの場合、銘板抵抗は 14.4 Ω、許容範囲は 13.7 ～ 15.1 Ω です。

通常の動作条件では、抵抗は温度とともに変化します。ニクロムおよび同様の発熱合金の抵抗の温度係数は正であり、温度が上昇すると抵抗が増加します。-。 20 度で 14.4 Ω を測定するヒーターは、動作温度で 15.0 ～ 15.5 Ω を測定する場合があります。これは正常であり、予想されることです。

重要なドリフトは、時間の経過に伴う耐寒性の変化です。耐寒性が銘板の許容値を超える場合、エレメントは劣化しています。落下した場合、ターン間でエレメントがショートしている可能性があります。

通常の化学処理サービスにおける PTFE 浸漬ヒーターの抵抗ドリフト パターン

抵抗体の酸化

抵抗ドリフトの最も一般的な原因は、抵抗線の酸化です。ニクロムおよび類似の合金は、高温で保護酸化物層を形成します。この層は通常の条件下では安定していますが、特にヒーターが頻繁にサイクルしたり、高いシース温度で動作した場合、時間の経過とともに厚くなる可能性があります。

酸化物層は卑金属よりも高い抵抗率を持っています。厚くなると、素子の実効抵抗が増加します。通常、ドリフトは-年に数パーセント-遅くなりますが、ヒーターが定格シース温度を超えて動作したり、内部絶縁が損なわれたりすると、加速します。

PTFE 浸漬ヒーターでは、エレメントがシースの内側に密閉されているため、酸化のリスクは屋外ヒーターよりも低くなります。{0}}ただし、水分やプロセス化学物質が内部絶縁体に到達すると、素子の周囲の環境が酸化し、ドリフトが加速する可能性があります。

汚染と湿気の侵入

内部絶縁体の湿気や化学汚染は絶縁抵抗を変化させますが、抵抗素子自体にも影響を与える可能性があります。汚染物がエレメントに到達すると、局所的な腐食や堆積物が発生し、抵抗が変化する可能性があります。

汚染によるドリフトは通常、絶縁抵抗の低下を伴います。抵抗のドリフトと絶縁抵抗の低下の両方を示すヒーターは、湿気または化学物質の侵入が原因である可能性があります。絶縁抵抗が安定しているにもかかわらず抵抗ドリフトを示すヒーターは、素子の酸化または機械的変化が発生している可能性が高くなります。

要素または接続部の機械的変更

抵抗線の接続が緩んでいたり、素線が切れたり、部分的に切れたりすると、抵抗値のドリフトが発生する可能性があります。端子接続が緩んでいると回路に抵抗が加わり、抵抗の増加として現れる場合があります。複数のストランド要素でストランドが切断されると、有効断面積が減少し、抵抗が増加します。-。

これらの機械的原因には、通常、端子の高温、断続的な動作、接続ポイントの目に見える損傷などの他の症状が伴います。{0}これらは酸化や汚染ほど一般的ではありませんが、ドリフトが徐々にではなく突然である場合には考慮する必要があります。

PTFE浸漬ヒーターにおける抵抗ドリフトパターンとその考えられる原因

抵抗ドリフトがパフォーマンスにとって重要な理由

抵抗が 6% 増加すると、ヒーターの出力は約 6% 減少します。 4 kW のヒーターの場合、暖房能力は 240 W 低くなります。最小限のマージンでサイズが設定されたタンクでは、この損失により加熱時間が長くなり、ピーク生産時に設定値を維持することが困難になる可能性があります。{6}}

コントローラーはヒーターへの通電時間を長くすることで補償します。ヒーターはより高いデューティ サイクルで動作するため、平均シース温度が上昇し、浸透とスケールの堆積が促進されます。ドリフトは自己強化されます-強化されます-抵抗が大きいと実行時間が長くなり、劣化が増大し、ドリフトが増加します。

抵抗のテストと監視

最も簡単な監視方法は、通常動作中にクランプメーターでヒーター電流を測定し、銘板の値と比較することです。ネームプレートよりも電流が 5% 以上増加した場合は、抵抗が低下していることを示します。電流が 5% を超えて減少した場合は、抵抗が上昇したことを示します。

より正確な方法は、ヒーターを取り外し、マルチメーターまたはホイートストーンブリッジを使用して耐寒性を測定することです。これは一定の温度 (理想的には 20 度) で実行し、銘板の値と比較する必要があります。

重要なヒーターの場合、プラント制御システムに接続された永久電流トランスデューサーが電流を継続的に記録し、ドリフトがしきい値を超えたときに警告を発することができます。これにより、手動テストを行わなくても早期に警告が得られます。

抵抗ドリフトがより大きな問題を示している場合

通常、抵抗のドリフトは症状であり、根本的な原因ではありません。ヒーターが 12 か月未満で大幅にドリフトする場合、根本的な原因は多くの場合、過剰なシース温度、湿気の侵入、または製造上の欠陥です。原因を解決せずにヒーターを交換すると、交換時にも同様のドリフトが発生します。

ワット密度が低く、密閉性が向上し、高品質の内部絶縁が施されたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、抵抗ドリフトの根本原因に対処します。{0}}仕様プロセスでは、バスの化学的性質、動作温度、デューティ サイクル、および以前のヒーターのドリフト履歴が必要です。同様のサービスで複数のヒーターを実行している施設の場合、フリート全体のドリフトを追跡することで、どのアプリケーションが最も要求が高く、どこで仕様変更が必要かを特定します。