Dalam layanan bubur abrasif-penambangan, produksi pigmen, penanganan katalis-partikel padat yang terperangkap dalam cairan berdampak pada selubung pemanas PFA, yang secara bertahap mengikis ketebalan dinding. Untuk selubung PFA 1,5 mm (umum pada pemanas industri umum), kecepatan partikel maksimum tanpa kegagalan erosi bergantung pada kekerasan partikel, ukuran, konsentrasi, dan sudut tumbukan. Untuk pasir silika (kekerasan Mohs 7, diameter rata-rata 200 µm, konsentrasi 5% berat), kecepatan aman maksimum adalah 2,5–3,0 m/s untuk masa pakai 2 tahun (dengan asumsi 8.000 jam pengoperasian per tahun). Di atas 3,5 m/s, erosi melebihi 0,5 mm/tahun, mengurangi ketebalan dinding 1,5 mm menjadi di bawah 1,0 mm dalam waktu 2 tahun, yang pada titik ini kemungkinan terjadinya perembesan dan kegagalan mekanis. Untuk partikel yang lebih keras (alumina, Mohs 9), kecepatan maksimum turun menjadi 1,5–2,0 m/s. Untuk partikel yang lebih lunak (batu kapur, Mohs 3), kecepatan hingga 5,0 m/s dapat diterima. Laju erosi mengikuti E=k × v^n, dengan n=2.5–3,5 untuk PFA.
Perhitungan Laju Erosi dan Batas Kecepatan
Laju erosi PFA digambarkan dengan E=C × (v)^3.2 × (d)^0.7 × (H_p/H_t)^1.2, dengan E adalah mm/tahun, v adalah kecepatan (m/s), d adalah diameter partikel (mm), H_p adalah kekerasan partikel (Mohs), H_t adalah kekerasan target (PFA ~2.5 Mohs), dan C adalah konstanta yang bergantung pada konsentrasi-. Untuk pasir silika (d=0.2 mm, H_p=7) pada konsentrasi berat 2%, C ≈ 0,015. Pada v=2.5 m/s, E=0.015 × (2,5)^3.2=0.015 × 22.6=0.34 mm/tahun. Selama 2 tahun (16.000 jam), erosi=0.68 mm. Mulai dari 1,5 mm, sisa ketebalan=0.82 mm-pada batas untuk servis yang andal (disarankan minimal 0,8–1,0 mm). Pada v=3.0 m/s, E=0.015 × (3.0)^3.2=0.015 × 39.8=0.60 mm/tahun, 1,20 mm selama 2 tahun, sehingga hanya menyisakan 0,30 mm-yang tidak dapat diterima. Oleh karena itu, kecepatan aman maksimum untuk umur 2 tahun dengan dinding 1,5 mm adalah 2,7 m/s untuk kumpulan partikel ini.
Untuk alumina (H_p=9, d=0.1 mm, konsentrasi 1%), C ≈ 0,025. Pada v=1.8 m/s, E=0.025 × (1,8)^3.2=0.025 × 10.2=0.255 mm/tahun, 0,51 mm selama 2 tahun, sisa 0,99 mm-dapat diterima. Pada v=2.0 m/s, E=0.025 × (2.0)^3.2=0.025 × 12.1=0.30 mm/tahun, 0,60 mm selama 2 tahun, tersisa 0,90 mm-marginal tetapi dapat diterima. Pada v=2.5 m/s, E=0.025 × 22.6=0.565 mm/tahun, 1,13 mm selama 2 tahun, sisanya 0,37 mm-tidak dapat diterima.
Kecepatan Partikel Maksimum berdasarkan Material (Dinding 1,5 mm, Masa Pakai 2 Tahun)
| Bahan Partikel | Kekerasan (Mohs) | Ukuran Khas (µm) | Kecepatan Maks (m/s) selama 2 Tahun Kehidupan | Laju Erosi pada Kecepatan Maks (mm/tahun) | Ketebalan yang Tersisa Setelah 2 Tahun (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Pelet polimer (HDPE, PP) | 1–2 | 2,000–5,000 | >5.0 | <0.10 | >1.3 |
| Kalsium karbonat (batu kapur) | 3 | 100–300 | 4.5–5.0 | 0.18–0.22 | 1.06–1.14 |
| Natrium klorida (kristal garam) | 2.5 | 200–500 | 4.0–4.5 | 0.20–0.25 | 1.00–1.10 |
| Bijih tembaga (kalkopirit) | 3.5–4 | 100–200 | 3.5–4.0 | 0.25–0.30 | 0.90–1.0 |
| Bijih besi (hematit) | 5–6 | 100–200 | 2.8–3.2 | 0.35–0.45 | 0.80–0.90 |
| Pasir silika (kuarsa) | 7 | 100–200 | 2.5–3.0 | 0.34–0.50 | 0.80–1.00 |
| Pasir silika | 7 | 200–400 | 2.2–2.7 | 0.40–0.60 | 0.70–0.90 |
| Manik-manik kaca | 5–6 | 100–300 | 3.0–3.5 | 0.30–0.45 | 0.80–1.00 |
| Alumina (Al₂O₃) | 9 | 50–100 | 1.8–2.2 | 0.30–0.50 | 0.80–1.00 |
| Silikon karbida (SiC) | 9.5 | 50–150 | 1.2–1.5 | 0.45–0.70 | 0.60–0.80 |
| Zirkonia (ZrO₂) | 8 | 50–100 | 1.5–2.0 | 0.40–0.60 | 0.70–0.90 |
| Fly ash (campuran) | 5–6 | 50–150 | 3.0–3.5 | 0.30–0.45 | 0.80–1.00 |
Implikasi Praktis dan Mitigasinya
Untuk instalasi yang sudah ada, ukur kecepatan aliran lokal melintasi pemanas menggunakan tabung pitot atau pengukur aliran ultrasonik. Posisikan titik pengukuran dalam jarak 50 mm dari permukaan pemanas di sisi hulu, karena kecepatan di sini 1,5–2,5× lebih tinggi dari kecepatan tangki curah karena penyempitan aliran. Jika kecepatan terukur melebihi maksimum untuk jenis partikel, lakukan tindakan perbaikan: (1) Pasang deflektor aliran (pelat berlubang) 50–100 mm di bagian hulu pemanas untuk mengurangi kecepatan lokal. Deflektor yang dirancang dengan baik dapat mengurangi kecepatan pada pemanas sebesar 40–60%. (2) Tingkatkan ketebalan dinding pemanas menjadi 2,5–3,0 mm, yang meningkatkan kecepatan yang diijinkan sebesar 30–50% untuk toleransi erosi yang sama. (3) Kurangi kecepatan pompa atau pasang penggerak frekuensi variabel untuk menurunkan kecepatan sirkulasi. (4) Ubah orientasi pemanas: pemanas vertikal dengan aliran sejajar sumbunya mengalami erosi yang jauh lebih rendah (dengan faktor 5–10) dibandingkan pemanas horizontal yang tegak lurus aliran. Untuk layanan slurry, selalu pasang pemanas secara vertikal dengan aliran bergerak secara aksial sepanjang pemanas, bukan melintang.
Untuk selubung PFA 1,5 mm yang sudah dalam layanan abrasif, pengukuran ketebalan tahunan wajib dilakukan. Gunakan pengukur ultrasonik pada tiga ketinggian dan empat posisi melingkar. Jika penjarangan melebihi 0,2 mm/tahun, maka kecepatannya berada di atas batas aman. Jadwalkan penggantian ketika ketebalan yang tersisa mencapai 1,0 mm, dan terapkan tindakan pengurangan kecepatan untuk pemanas pengganti. Mengoperasikan selubung 1,5 mm di bawah ketebalan 1,0 mm berisiko terjadinya perforasi mendadak, kontaminasi bak, dan gangguan tanah.
Kesimpulan: Maksimum 2,5–3,0 m/s untuk Pasir Silika
Untuk selubung PFA 1,5 mm dalam bubur pasir silika (Mohs 7, 100–200 µm, konsentrasi 2–5%), kecepatan partikel maksimum tanpa kegagalan erosi selama 2 tahun pengoperasian terus-menerus adalah 2,5–3,0 m/s. Pada kecepatan yang lebih tinggi, erosi melebihi 0,5 mm/tahun, mengurangi ketebalan dinding di bawah batas minimum yang aman yaitu 0,8–1,0 mm dalam waktu 2 tahun. Untuk partikel yang lebih keras (alumina, SiC), kecepatan maksimum turun menjadi 1,5–2,0 m/s. Untuk partikel yang lebih lunak (batu kapur, garam), kecepatan hingga 4,5 m/s dapat diterima. Insinyur harus mengukur kecepatan lokal, tidak bergantung pada laju aliran curah. Jika kecepatan proses yang diperlukan melebihi kecepatan maksimum untuk jenis partikel, tentukan dinding PFA yang lebih tebal (2,5–3,0 mm) atau terapkan tindakan pengurangan kecepatan. Selubung 1,5 mm cocok untuk bubur dengan kecepatan rendah, konsentrasi rendah, atau bubur partikel lunak saja. Untuk layanan partikel keras berkecepatan tinggi, 1,5 mm tidaklah memadai terlepas dari fitur desain lainnya. Dinding 1,5 mm adalah ketebalan industri yang paling umum, namun dalam layanan abrasif, sering kali ini merupakan pilihan yang salah. Hitung tingkat erosi sebelum menentukan. Jika ragu, gunakan yang lebih tebal. Erosi tidak memaafkan.
