- کارخانه های تولید سیلیکات سدیم تحت ترکیبی از ذوب{0}در دمای بالا، خوردگی قلیایی قوی، سایش ذرات جامد و تنش حرارتی مداوم کار می کنند. مسیر تولید شامل بچینگ، ذوب، انحلال، فیلتراسیون، غلظت و ذخیره سازی است. اگرچه این فرآیند پیوسته است، اما هر بخش تحت شرایط فیزیکی و شیمیایی متفاوتی کار می کند، که منجر به توزیع نامناسب سایش و طول عمر تجهیزات مختلف در سراسر سیستم می شود.
- در عملکرد بلندمدت-، تخریب به ندرت به صورت یکنواخت رخ می دهد. درعوض، به تدریج از مناطق{2}}تنش زیاد مانند کوره ذوب و سیستم انحلال ایجاد میشود، سپس بسته به پایداری فرآیند و کیفیت نگهداری به واحدهای کمکی گسترش مییابد.
دسته بندی مواد خام و انتقال رفتار سایش
- سیستم بچینگ و انتقال ماسه سیلیس و مواد خام مبتنی بر سدیم- را در شرایط تغذیه مداوم کنترل می کند. مکانیزم اصلی سایش در این بخش، سایش ذرات جامد است. نوار نقاله های پیچ، سیستم های تسمه و قیف های تخلیه به طور مداوم در معرض اصطکاک مواد دانه ای هستند که منجر به نازک شدن تدریجی سطوح فلزی و افزایش بار تحمل می شود.
- گرد و غبار تولید شده در حین انتقال نیز بر دقت اندازه گیری و عملکرد آب بندی تأثیر می گذارد. با گذشت زمان، تجمع گرد و غبار می تواند با سنسورهای توزین تداخل داشته باشد و منجر به انحرافات کوچک اما مداوم در نسبت دسته بندی شود. اگرچه این انحرافات فوراً تولید را متوقف نمی کنند، اما بر رفتار ذوب در پایین دست تأثیر می گذارند و نوساناتی در مدول و ویسکوزیته محصول ایجاد می کنند.
تخریب حرارتی و شیمیایی کوره ذوب
- کوره ذوب بیشترین بار حرارتی در کل کارخانه است. دمای عملیاتی معمولاً بیش از 1200 درجه است و در داخل کوره، مواد خام به شیشه سیلیکات سدیم مذاب تبدیل می شوند. این محیط ترکیبی از تنش حرارتی، خوردگی شیمیایی و خستگی مکانیکی است.
- مواد پوشش نسوز در معرض شیشه قلیایی مذاب قرار می گیرند که به تدریج به سطح نفوذ کرده و با ساختارهای داخلی واکنش نشان می دهد. در عین حال، چرخه های گرمایش و سرمایش مکرر باعث ایجاد تنش انبساط می شود که منجر به ایجاد ترک های ریز-می شود. این ترک ها در طول زمان گسترش می یابند و زون های ساختاری ضعیفی را تشکیل می دهند.
- مناطق مشعل اغلب آسیب پذیرترین نقاط هستند. ضربه شعله گرمای بیش از حد موضعی ایجاد می کند و فرسایش نسوز را تسریع می کند. خود سیستم های مشعل نیز از رسوب کربن، انسداد نازل و عدم تعادل احتراق رنج می برند که باعث افزایش بیشتر ناهمواری حرارتی در داخل کوره می شود. در بسیاری از موارد، تخریب کوره بهجای کل پوشش، به صورت محلی شروع میشود.
سایش مکانیکی و شیمیایی سیستم انحلال
پس از خروج از کوره، مواد مذاب وارد سیستم انحلال می شوند و در آنجا با آب یا بخار واکنش داده و سیلیکات سدیم مایع را تشکیل می دهند. این مرحله خوردگی مایع قلیایی قوی همراه با هم زدن مکانیکی را معرفی می کند.
- در داخل مخزن انحلال، پروانه ها تحت شرایط دوغاب حاوی ذرات سیلیس باقی مانده کار می کنند. این ذرات به عنوان مواد ساینده عمل می کنند و به آرامی سطوح تیغه ها را فرسایش می دهند. مهر و موم های مکانیکی به طور مداوم در معرض هر دو حمله شیمیایی و تغییرات فشار هستند که منجر به سخت شدن، تغییر شکل و نشت در طول زمان می شود.
- نازل های تزریق بخار نیز مستعد پوسته پوسته شدن هستند. هنگامی که غلظت مواد معدنی در نوسان است، رسوباتی در داخل نازل ها ایجاد می شود که بازده توزیع بخار را کاهش می دهد و یکنواختی واکنش را تحت تاثیر قرار می دهد. هنگامی که راندمان اختلاط کاهش می یابد، حفظ ثبات فرآیند پایین دست دشوارتر می شود.
فشار سیستم فیلتراسیون و اثرات سایش
- واحدهای فیلتراسیون تحت شرایط جداسازی جامد مداوم-مایع عمل میکنند. فیلترهای برگ فشار و فیلتر پرس ها در هنگام پردازش دوغاب قلیایی حاوی ذرات ریز سیلیس در معرض چرخه های فشار مکرر قرار می گیرند.
- رسانه های فیلتر به تدریج مسدود می شوند، مقاومت را افزایش می دهند و توان عملیاتی را کاهش می دهند. با افزایش اختلاف فشار، قاب های مکانیکی تحت فشار{1} طولانی مدت قرار می گیرند که می تواند منجر به تغییر شکل شود. سیستم های پمپ در این بخش نیز با ساییدگی مداوم ناشی از ذرات معلق مواجه می شوند که منجر به سایش پروانه و تخریب آب بندی می شود.
- کاهش عملکرد فیلتر معمولاً پیشرونده است. ابتدا به صورت کاهش راندمان جریان، سپس به عنوان افزایش فرکانس تمیز کردن و در نهایت به عنوان خستگی ساختاری در اجزای مکانیکی ظاهر می شود.
پایداری شیمیایی سیستم غلظت و ذخیره سازی
- بخش غلظت از تبخیر و تبادل حرارت برای تنظیم چگالی و مدول سیلیکات سدیم استفاده می کند. اگرچه تنش مکانیکی در مقایسه با سیستمهای بالادست کمتر است، اما اثرات شیمیایی و حرارتی قابل توجه است.
- سطوح تبادل حرارتی در معرض پوسته پوسته شدن ناشی از رسوب مواد معدنی هستند. با افزایش مقیاس، راندمان انتقال حرارت کاهش مییابد که منجر به مصرف انرژی بیشتر و کنترل غلظت ناپایدار میشود. مخازن ذخیره سازی در معرض{2} مدت طولانی در معرض مایع قلیایی قرار می گیرند، جایی که پوشش های داخلی به آرامی تخریب می شوند. شکست موضعی پوشش می تواند در طول زمان به نقاط خوردگی تبدیل شود.
- پمپ ها و خطوط لوله در این بخش تحت تأثیر افزایش ویسکوزیته سیال قرار می گیرند که بار اضافی را بر روی مهر و موم و اجزای چرخان وارد می کند. سایش در این ناحیه به آرامی اما به طور مداوم رشد می کند.
چرخه نگهداری و رفتار کنترل عملیاتی
- نظارت روزانه بر تشخیص انحرافات اولیه در پارامترهای عملیاتی تمرکز دارد. توزیع دمای کوره، پایداری شعله مشعل، سطوح ارتعاش در تجهیزات دوار، و تغییرات در ویسکوزیته مایع شاخصهای کلیدی هستند که برای ردیابی پایداری سیستم استفاده میشوند.
- بازرسی هفتگی معمولاً علائم فیزیکی اولیه سایش، مانند تغییرات سطح نسوز، تجمع در مخازن انحلال، شرایط گرفتگی فیلتر و نشت جزئی آب بندی را نشان می دهد. این سیگنالها اغلب به جای شکست فوری،-تخریب مرحله اولیه را نشان میدهند.
- تعمیر و نگهداری ماهانه شامل تنظیم عمیق تر سیستم، از جمله تمیز کردن مشعل و کالیبراسیون، اندازه گیری ضخامت دیرگداز، بازرسی پوسته پوسته شدن در واحدهای تبخیر، و سفت کردن اتصالات الکتریکی و مکانیکی است. با گذشت زمان، این روال ها به کاهش سرعت پیشرفت سایش کمک می کنند.
- تعمیر و نگهداری سالانه خاموشی برای رسیدگی به تخریب ساختاری انباشته شده ضروری است. تعمیر نسوز کوره، جایگزینی اجزای مکانیکی با سایش بالا، و کالیبراسیون سیستم معمولاً در این مرحله متمرکز است.
توزیع عمر خدمات تجهیزات در سراسر سیستم ها
- بخشهای مختلف کارخانه به دلیل شرایط کاری متفاوت، محدوده عمر مفید مشخصی را نشان میدهند.
- سیستم های نسوز کوره به دلیل قرار گرفتن مداوم در معرض دمای بالا و خوردگی شیمیایی معمولاً در محدوده چرخه عمر کوتاه تری کار می کنند. سیستم های مشعل عموماً عمر طولانی تری دارند اما برای حفظ پایداری احتراق نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای دارند.
- اجزای سیستم انحلال مانند همزن و مهر و موم مکانیکی به دلیل تنش ترکیبی شیمیایی و مکانیکی سایش متوسطی را تجربه می کنند. سیستمهای فیلتراسیون رفتار ترکیبی از خود نشان میدهند، جایی که رسانههای فیلتر مصرفی نیاز به تعویض مکرر دارند در حالی که اجزای ساختاری عمر بیشتری دارند.
- مخازن ذخیره سازی و خطوط لوله تحت شرایط نسبتاً پایدار کار می کنند، اما خوردگی قلیایی طولانی مدت همچنان عمر مفید آنها را در طول دوره های عملیات طولانی مدت تعیین می کند.
الگوهای توسعه شکست در عملیات
- شکست در سیستم های تولید سیلیکات سدیم به ندرت به طور ناگهانی رخ می دهد. در کوره، تخریب با گرمای بیش از حد موضعی شروع می شود و به نازک شدن نسوز و تضعیف ساختاری تبدیل می شود. در سیستم های انحلال، افزایش بار موتور و کاهش راندمان اختلاط اغلب قبل از شکست مکانیکی مشاهده می شود.
- سیستم های فیلتراسیون افزایش تدریجی فشار و کاهش توان عملیاتی ناشی از گرفتگی و تجمع سایش را نشان می دهند. سیستم های پمپ معمولاً از طریق نشت آب بند یا تخریب یاتاقان تحت تنش ترکیبی شیمیایی و مکانیکی از کار می افتند.
- این الگوها به تدریج توسعه می یابند و منعکس کننده انباشت استرس عملیاتی در طول زمان به جای نقص ناگهانی هستند.
ثبات عملیاتی و رفتار چرخه حیات
- طول عمر تجهیزات در کارخانه های تولید سیلیکات سدیم به شدت تحت تأثیر پایداری حرارتی، ویژگی های مواد خام و دقت کنترل فرآیند است. عملکرد کوره پایدار تنش چرخه حرارتی را کاهش می دهد و تخریب نسوز را کند می کند. توزیع اندازه ذرات کنترل شده باعث کاهش سایش در سیستم های انتقال و فیلتر می شود. غلظت شیمیایی پایدار باعث کاهش شدت خوردگی در تجهیزات پایین دست می شود.
- وقتی این شرایط ثابت بماند، تخریب تجهیزات از یک الگوی قابل پیشبینی پیروی میکند و اجازه میدهد فعالیتهای تعمیر و نگهداری براساس رفتار سایش واقعی به جای رویدادهای خرابی غیرمنتظره برنامهریزی شوند.
