Kemijska tvornica izgubila je PTFE uronjeni grijač od 6 kW kada je propeler recirkulacijske pumpe erodirao i protok je pao za otprilike 60%. Temperatura tekućine ostala je unutar 3 stupnja zadane vrijednosti. Kontrolor nije vidio nikakav problem. Ali temperatura površine grijača popela se preko točke u kojoj je tekućina na površini počela isparavati. Stvorio se parni omotač, prijenos topline je prekinut, a PTFE je nastao mjehurima i puknuo u roku od nekoliko sati.
Parno pokrivanje je najekstremniji način kvara za PTFE uronjeni grijač. Za razliku od prodiranja ili umora, koji se razvijaju mjesecima, pokrivanje može uništiti grijač u jednoj smjeni. Okidač je gotovo uvijek pad brzine protoka na površini grijača-uvjet koji određuje može li toplina napustiti grijač dovoljno brzo da ostane ispod vrelišta tekućine.
Zašto se parna obloga događa prije kuhanja u rasutom stanju
Kuhanje se događa kada cijela tekućina dosegne točku vrenja. Pokrivanje pare događa se na površini grijača dok tekućina ostaje znatno ispod vrelišta. Mehanizam je jednostavan: temperatura površine grijača uvijek je viša od temperature tekućine. Ako je razlika dovoljno velika, tekućina u dodiru s grijačem doseže točku vrelišta iako okolna tekućina to ne čini.
Za vodu od 80 stupnjeva, točka ključanja je 100 stupnjeva pri atmosferskom tlaku. Grijač koji radi 25 stupnjeva iznad rasute smjese nalazi se na 105 stupnjeva -iznad lokalne točke ključanja. Na površini grijača stvaraju se mjehurići pare. Ako je protok dovoljan, mjehurići se odvajaju i kolabiraju u hladnijoj tekućini. Ako je protok slab, mjehurići se spajaju u parni omotač koji izolira grijač.
Kada se pokrivač formira, prijenos topline se urušava. Temperatura površine grijača raste, često unutar nekoliko sekundi, do raspona degradacije PTFE-a. Polimer omekšava, stvara mjehuriće i puca. Neuspjeh je nepovratan.
| Brzina protoka kod grijača | Grijač ΔT na 1,2 W/cm² | Temperatura grijača na 80 stupnjeva Bulk | Rizik od parnog pokrivača | Minimalna sigurna brzina |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6-10 stupnjeva | 86–90 stupnjeva | Nijedan | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10-15 stupnjeva | 90-95 stupnjeva | Niska | Adekvatan |
| 0.15–0.3 m/s | 15-22 stupnja | 95-102 stupnja | Umjereno | Marginalni |
| 0.05–0.15 m/s | 22-35 stupnjeva | 102-115 stupnjeva | visoko | Ispod minimuma |
| <0.05 m/s | 35-50 stupnjeva | 115-130 stupnjeva | Vrlo visoko | Nesiguran |
Brzina protoka i rizik od stvaranja pare za PTFE uronjene grijače u vodenim kupkama na 80 stupnjeva
Prag minimalne brzine
Minimalna brzina protoka potrebna za sprječavanje stvaranja para ovisi o tekućini, gustoći vata i temperaturi mase. Za vodene -kupke na 60-80 stupnjeva i gustoće vata od 1,0-1,5 W/cm², površinska brzina grijača od najmanje 0,15 m/s općenito je dovoljna za odvajanje mjehurića pare prije nego što se spoje.
Ispod 0,15 m/s rub se brzo sužava. Pri 0,1 m/s, razmak između grijača i-zapremine može premašiti 25 stupnjeva, gurajući temperaturu površine grijača iznad lokalne točke vrenja u kupkama iznad 70 stupnjeva. Pri 0,05 m/s-efektivno stagnira-razmak može premašiti 40 stupnjeva, a pokrivanje pare počinje u kupkama iznad 60 stupnjeva.
Za viskozne tekućine minimalna brzina je veća. Tekućina s tri puta većom viskoznošću od vode zahtijeva otprilike 1,5 puta veću brzinu da postigne istu debljinu graničnog sloja. Za nikal sulfamat na 55 stupnjeva, minimalna brzina za siguran rad na 1,2 W/cm² je približno 0,25 m/s.
| Vrsta tekućine | Viskoznost pri radnoj temp | Minimalna brzina pri 1,0 W/cm² | Minimalna brzina pri 1,5 W/cm² |
|---|---|---|---|
| Voda | 0,5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Razrijeđena kiselina | 0,7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Watts nikal | 2,0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Nikal sulfamat | 3,5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Bezelektrični nikal | 4,5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Minimalne brzine protoka za sprječavanje stvaranja pare u instalacijama PTFE uronjenog grijača
Zašto mjerenja protoka-na razini rezervoara dovode u zabludu
Brzina protoka na površini grijača gotovo je uvijek niža od prosječne brzine spremnika-. Razvodne cijevi i eduktori postavljeni su tako da pomiču tekućinu oko izradaka, a ne oko grijača. Grijač se često nalazi u kutu, iza vodilice ili na zidu nasuprot ulazu gdje je lokalna brzina djelić prosječne mase.
Mjerenja na terenu u spremnicima za oblaganje dosljedno pokazuju brzine-razine grijača 30–70% ispod prosjeka spremnika. U mrtvim zonama smanjenje može biti 80–90%. Spremnik s nominalnom brzinom od 0,3 m/s može imati samo 0,05–0,1 m/s na površini grijača.
Zbog toga se mjerenja protoka-na razini spremnika ne mogu koristiti za provjeru sigurnog rada grijača. Mjerenje se mora provesti na mjestu grijača ili grijač mora biti postavljen u poznatoj zoni visokog-protoka s odgovarajućom marginom.
Praktične mjere za održavanje sigurne brzine
Postavite grijač na glavni put protoka. Najveća brzina i najujednačeniji protok javljaju se u središtu spremnika ili izravno u liniji s cirkulacijskim ulazom. Izbjegavajte kutove, iza pregrada i blizu preljevne brane.
Upotrijebite namjenski eduktor ili raspršivač usmjeren prema grijaču. Mala edukcijska mlaznica postavljena 150-250 mm od grijača i usmjerena duž površine grijača povećava lokalnu brzinu na 0,3-0,5 m/s. Ovo je najpouzdanija metoda za održavanje sigurne brzine na grijaču.
Ugradite sklopku protoka ili senzor razlike tlaka za otkrivanje gubitka cirkulacije. Prekidač protoka u ispusnom vodu pumpe prekida napajanje grijača ako protok padne ispod sigurnog praga. Prekidač bi trebao biti neovisan o glavnom kontrolnom sustavu i trebao bi zahtijevati ručno resetiranje.
Smanjite gustoću vata u zonama-niskog protoka. Ako grijač mora raditi na mjestu gdje se protok ne može održavati iznad 0,15 m/s, gustoća vata mora se smanjiti kako bi se temperatura površine grijača održala ispod lokalne točke vrenja. U zonama stagnacije, sigurna gustoća vata je 0,6–0,8 W/cm².
Kada standardni grijači ne mogu održavati sigurnu brzinu
Spremnici sa složenim unutarnjim učvršćenjem i ograničenom cirkulacijom često ne mogu osigurati brzinu protoka koju zahtijeva siguran rad grijača. Grijač koji dobro radi u volumenu glavnog spremnika može izgubiti protok u kutu ili iza armature.
Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s-optimiziranim položajem protoka, namjenskim eduktorom i nižom gustoćom u vatima rješava glavni uzrok gubitka protoka. Proces specifikacije zahtijeva dimenzije spremnika, raspored cirkulacije, položaj grijača, kemijski sastav kupke i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s više spremnika, ovaj-pristup specifičan za primjenu smanjuje rizik od stvaranja pare i produljuje vijek trajanja grijača.
