Những thách thức về cách điện trong máy sưởi hộp mực đông lạnh - Điều mà mọi kỹ sư nên biết
Lớp cách nhiệt oxit magiê bên trong lò sưởi hộp mực có vẻ đơn giản. Nó giữ cho dây điện trở không chạm vào vỏ kim loại, ngăn ngừa chập điện đồng thời cho nhiệt truyền từ dây sang vỏ. Trong các ứng dụng-ở nhiệt độ phòng, tính năng này hoạt động hoàn hảo. Tuy nhiên, ở nhiệt độ đông lạnh, lớp cách nhiệt trở thành một trong những thành phần quan trọng và dễ bị tổn thương nhất trong toàn bộ hệ thống.
Ôxít magie-có độ tinh khiết cao là chất cách điện và dẫn nhiệt tuyệt vời. Nó được nén xung quanh dây điện trở ở áp suất cao, thường đạt được mật độ vượt quá 3,2 gram trên mỗi cm khối. Ở mật độ này, lớp cách điện cung cấp độ bền điện môi đủ cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp đồng thời dẫn nhiệt hiệu quả từ dây điện trở đến vỏ bọc.
Vấn đề là magie oxit có tính hút ẩm. Nó hấp thụ độ ẩm từ không khí. Bất kỳ hơi nước nào bị mắc kẹt bên trong thân bộ gia nhiệt trong quá trình sản xuất hoặc thấm qua các vòng đệm không hoàn hảo theo thời gian sẽ bị oxit magie hấp thụ. Ở nhiệt độ phòng, độ ẩm này có thể làm giảm nhẹ điện trở cách điện nhưng hiếm khi dẫn đến hư hỏng ngay lập tức. Ở nhiệt độ đông lạnh, tình hình thay đổi đáng kể.
Khi nước đóng băng, nó giãn nở khoảng 9% về thể tích. Bên trong oxit magiê được nén chặt, sự giãn nở này tạo ra áp lực làm gãy lớp cách nhiệt. Các vết nứt tạo ra các khoảng trống làm giảm độ bền điện môi và tạo đường dẫn cho dòng điện theo dõi. Sau khi bắt đầu theo dõi, điện trở cách điện giảm nhanh và lò sưởi bị hỏng.
Giải pháp bắt đầu từ việc sản xuất. Bộ làm nóng hộp mực cao cấp dành cho dịch vụ đông lạnh sử dụng quy trình làm đầy chân không-để loại bỏ các khoảng trống trong quá trình nén magie oxit. Quá trình-nướng-sau sản xuất ở nhiệt độ 120 đến 150 độ C sẽ loại bỏ độ ẩm còn sót lại trước khi vận chuyển. Bịt kín bằng cách sử dụng các kết nối gốm-với-kim loại hoặc hợp chất epoxy chuyên dụng để ngăn hơi ẩm xâm nhập trong quá trình sử dụng.
Các con dấu từ thủy tinh-đến-kim loại sử dụng hợp kim coban sắt-niken-với hệ số giãn nở nhiệt phù hợp tạo ra các rào chắn kín-chân không vĩnh viễn. Những con dấu này duy trì tính toàn vẹn của chúng thông qua hàng nghìn chu kỳ nhiệt, không giống như những con dấu epoxy tiêu chuẩn bị suy giảm theo chu kỳ nhiệt độ. Bộ thu hơi ẩm bên trong giúp bảo vệ bổ sung, hấp thụ mọi hơi ẩm còn sót lại từ quá trình sản xuất hoặc rò rỉ nhỏ trong suốt thời gian sử dụng.
Tính chất điện của vật liệu cách nhiệt cũng thay đổi ở nhiệt độ đông lạnh. Ôxít magie tiêu chuẩn trải qua những thay đổi tinh thể khó nhận thấy ở những nhiệt độ này, có khả năng ảnh hưởng đến độ bền điện môi khi xảy ra sự xâm nhập của hơi ẩm trong quá trình luân chuyển nhiệt. Đây là lý do tại sao việc kiểm tra điện trở cách điện lại rất quan trọng đối với các ứng dụng đông lạnh. Việc kiểm tra được thực hiện hàng quý thay vì hàng năm để xác định sự xâm nhập của hơi ẩm trước khi xảy ra hiện tượng đoản mạch thảm khốc.
Khi thử nghiệm ở nhiệt độ lạnh, bộ gia nhiệt hộp mực trong dịch vụ đông lạnh phải có điện trở cách điện trên 500 megohm. Nếu giá trị giảm, điều đó cho thấy độ ẩm đã xâm nhập hoặc sự suy giảm chất cách điện cần được chú ý ngay lập tức. Xu hướng giảm thường mang lại nhiều thông tin hơn so với một phép đo đơn lẻ. Việc theo dõi xu hướng điện trở theo thời gian cho thấy những thay đổi chậm về chất lượng cách nhiệt và tính toàn vẹn của vòng đệm.
Điểm thoát chì đặc biệt dễ bị ẩm xâm nhập. Trong môi trường lạnh, chu trình nhiệt gây ra sự ngưng tụ ở điểm thoát chì khi không khí ấm, ẩm từ lò sưởi gặp không khí lạnh từ bên ngoài. Các thiết bị đầu cuối đông lạnh chuyên dụng ngăn chặn những loại hư hỏng này. Dây dẫn cách điện bằng Teflon-có khả năng chống ẩm tốt hơn so với các tùy chọn bằng sợi thủy tinh hoặc PVC tiêu chuẩn, nhưng ngay cả Teflon cũng phải được bịt kín đúng cách để ngăn hơi ẩm thấm dọc theo dây dẫn.
Đối với các cơ sở vận hành nhiều hệ thống đông lạnh, quy trình kiểm tra được tiêu chuẩn hóa sẽ giảm nguy cơ hư hỏng cách điện. Kiểm tra trực quan nên tập trung đặc biệt vào các khu vực đầu cuối và các mối hàn, tìm kiếm sự đổi màu cho thấy quá ứng suất nhiệt hoặc ăn mòn gợi ý ô nhiễm không khí. Việc kiểm tra điện trở cách điện phải được thực hiện đều đặn, với kết quả được ghi lại để phát hiện xu hướng theo thời gian.
