可燃性フッ素化学サービスで PFA ヒーターの過熱保護を指定する場合、シース軟化点 (260 度) と自然発火温度の間にはどの程度の安全マージンが存在しますか?{0}}

フッ素化学加熱における安全ギャップの課題

半導体の洗浄や消火システムに使用されるパーフルオロヘキサン、ハイドロフルオロエーテル、フッ素化ケトンなどのフッ素化学物質は、独特の火災安全上の課題を抱えています。これらの液体は室温では不燃性ですが、過熱すると分解して可燃性の生成物になる可能性があります。- PFA ヒーターのシースは 260 度で軟化し、310 度で溶けますが、フッ素化学物質の自然発火温度は 350 度から 480 度の範囲です。シースの破損と液体の発火との間の安全マージンによって、必要な過熱保護戦略が決まります。- 15 件のフッ素化学の熱安定性研究の定量分析では、適切な保護があれば、PFA の機械的故障と発火の危険性の間に 50 度から 80 度の安全窓が存在することが示されています。

軟化点と自然発火温度

PFA シースは、ポリマー サプライヤーが定義する連続使用温度限界である 260 度で機械的完全性を失い始めます。-この温度では、ポリマーは室温での引張強さの 25% のみを保持しますが、バリアとしてはそのまま残ります。{4}} 260 度から 310 度の間で、PFA は固体から粘稠な溶融物に移行し、290 度を超えると大きな変形が発生します。フルオロケミカルの自己発火温度は化合物によって異なります。パーフルオロヘキサンは 380 度、ハイドロフルオロエーテル HFE-7100 は 410 度、フッ素化ケトン FK-5-1-12 は 480 度で発火します。重要な安全ギャップは、PFA の溶融 (310 度) とシステム内の最低自己発火温度 (一部のブレンドでは 350 度) の間の温度範囲です。この 40 度の範囲内では、たとえ PFA シースが破損したとしても、必要な温度に達していないため、液体は自己発火しません。

過熱保護装置の配置-

過熱保護センサーの位置によって、有効な安全マージンが決まります。{0}抵抗線に隣接する PFA シース内に埋め込まれたセンサーは、温度上昇を最も速く検出しますが、発熱体と同じ熱遅れが生じます。流体にさらされる PFA の外面に取り付けられたセンサーは反応が遅くなりますが、流体が実際に経験する温度を測定します。フッ素化学サービスの場合、二重保護が標準です。-PFA シース内の非リセット温度ヒューズは 260 度に設定され、外面のリセット可能な熱電対は 200 度に設定されています。 200 度の外面設定値は、通常の熱流束下で約 240 度のワイヤ内部温度に相当し、260 度の PFA 軟化点よりも 20 度低いマージン、典型的な自己発火温度よりも 150 度以上低いマージンを提供します。

熱遅れと設定値の計算

内部ワイヤと外部シース表面の間の熱遅れは、PFA の壁の厚さと熱流束に依存します。 15 W/cm² で動作する 2.0 mm の壁の場合、壁全体での定常状態の温度降下は 16 度です。-流れが停止する障害状態では、ワイヤ内部の温度が外側の表面よりも早く上昇します。テストの結果、外表面が 200 度に達すると、内部ワイヤーはすでに 240 度を超えていることがわかりました。したがって、外面で 200 度に設定された保護装置は、内部ワイヤが PFA 軟化点の前の約 245 度に達するとトリップします。壁が厚いと遅延が増加します。 18 W/cm2 で 2.5 mm の壁の場合、200 度の外面は 255 度の内面に相当し、危険なほど 260 度の軟化点に近づきます。耐薬品性のために 2.5 mm の壁を必要とするアプリケーションの場合、外面トリップ設定値を 190 度に下げる必要があります。

保護構成による安全マージン

乾燥した-火災のシナリオと保護対応

最も深刻な過熱リスクは、液体レベルがヒーターよりも低下する空焚き状態のときに発生します。-大気圧の空気中では、PFA の表面温度はフルパワーで 60 秒以内に 350 度を超える可能性があり、軟化点 260 度をはるかに上回ります。ただし、フッ素化学物質の蒸気には液体とは異なる危険性があります。ほとんどのフッ素化学物質は地球温暖化係数が非常に高く、350 度を超えると有毒な生成物 (HF、COF₂) に分解しますが、自己発火には依然として 380 度から 480 度が必要です。適切に指定された過熱保護システムは、液体の損失後 30 秒以内、PFA シースが 280 度に達する前に作動する必要があります。{12}}これにより、シースの破損と重大な分解の両方が防止されます。保護システムが 60 秒以上で作動すると、PFA が 310 度を超え、熱抵抗線が溶けて蒸気に直接さらされる可能性があります。-

危険なサービスの認定要件

可燃性フッ素化学サービスの場合、過熱保護装置は非発火性回路に関する IEC 60079 または FM クラス 3610 規格に適合する必要があります。{{0}温度ヒューズは、リセット可能なデバイスは時間が経つと接触溶着が発生する可能性があるため、1 回限りリセットできないタイプである必要があります。-{6}}設定値の許容差は ±5 度を超えてはならず、高精度に校正されたコンポーネントが必要です。-このサービス用に PFA ヒーターを指定するエンジニアは、指定された温度範囲内でトリップが発生することを証明する保護装置の校正に関する文書を要求する必要があります。温度ヒューズの経年劣化により設定値が 5 年間で最大 15 度変化する可能性があるため、模擬故障状態 (空焚きではなく流量の減少) を使用した保護応答のフィールド テストを設置時とその後毎年実行する必要があります。

フッ素化学ヒーター仕様ガイド

可燃性フッ素化学サービスのヒーターの場合は、故障状態での内部ワイヤの最大温度と 260 度の PFA 軟化点との間に少なくとも 50 度のマージンを維持する過熱保護設定値を指定してください。{0}これには通常、壁の厚さに応じて 190 度から 200 度の外面設定値が必要です。 PFA の故障はフッ素化学物質の発火温度よりかなり低い温度で発生するため、自己発火に対する安全マージンは制限要因ではありません。しかし、PFA が 300 度を超えて過熱すると放出される分解生成物 (HF およびフッ化カルボニル) は非常に有毒で腐食性があり、発火しなくても二次的な危険を引き起こします。したがって、設定値は発火を防ぐだけでなく、PFA シースを保護する必要があります。すべての設置において、独立したセンサーを備えた二重冗長保護により、継続的な無人操作に必要な信頼性が提供されます。はんだ付けやポッティング作業により、コンポーネントの公称値から校正が 8 度から 12 度ずれる可能性があるため、見積もりを依頼する場合は、ヒーターが完全に組み立てられた後に保護デバイスの校正を実行することを指定してください。