Ķīmiskā rūpnīca zaudēja 6 kW PTFE iegremdējamo sildītāju, kad recirkulācijas sūkņa lāpstiņritenis erodēja un plūsma samazinājās par aptuveni 60%. Šķidruma tilpuma temperatūra saglabājās 3 grādu robežās no iestatītās vērtības. Kontrolieris neredzēja nekādu problēmu. Bet sildītāja virsmas temperatūra bija pakāpusies pāri vietai, kur šķidrums uz virsmas sāka iztvaikot. Izveidojās tvaika sega, siltuma pārnese sabruka, un PTFE dažu stundu laikā izveidojās burbuļi un saplaisāja.
Tvaika pārklājums ir PTFE iegremdējamā sildītāja pēkšņākais atteices režīms. Atšķirībā no caurlaidības vai noguruma, kas attīstās mēnešiem ilgi, sega var iznīcināt sildītāju vienā maiņā. Sprūda gandrīz vienmēr ir plūsmas ātruma samazināšanās uz sildītāja virsmas -nosacījums, kas nosaka, vai siltums var atstāt sildītāju pietiekami ātri, lai paliktu zem šķidruma viršanas temperatūras.
Kāpēc pirms lielapjoma vārīšanas rodas tvaika pārklājums
Masveida viršana notiek, kad viss šķidrums sasniedz viršanas temperatūru. Tvaika pārklājums notiek uz sildītāja virsmas, kamēr lielais šķidrums paliek krietni zem vārīšanās temperatūras. Mehānisms ir vienkāršs: sildītāja virsmas temperatūra vienmēr ir augstāka par tilpuma šķidruma temperatūru. Ja starpība ir pietiekami liela, šķidrums, kas saskaras ar sildītāju, sasniedz savu viršanas temperatūru, lai gan apkārtējais šķidrums to nesasniedz.
Ūdenim, kura temperatūra ir 80 grādi, viršanas temperatūra ir 100 grādi atmosfēras spiedienā. Sildītājs, kas darbojas 25 grādi virs tilpuma, atrodas 105 grādi -virs vietējās viršanas temperatūras. Uz sildītāja virsmas veidojas tvaika burbuļi. Ja plūsma ir pietiekama, burbuļi atdalās un sabrūk dzesētājā lielajā šķidrumā. Ja plūsma ir vāja, burbuļi saplūst tvaika segumā, kas izolē sildītāju.
Kad sega veidojas, siltuma pārnese sabrūk. Sildītāja virsmas temperatūra pieaug, bieži vien dažu sekunžu laikā, līdz PTFE noārdīšanās diapazonam. Polimērs mīkstina, veidojas tulznas un plaisā. Neveiksme ir neatgriezeniska.
| Plūsmas ātrums pie sildītāja | Sildītājs ΔT pie 1,2 W/cm² | Sildītāja temperatūra pie 80 grādiem | Tvaika pārklājuma risks | Minimālais drošais ātrums |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6-10 grādi | 86–90 grādi | Nav | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10-15 grādi | 90-95 grādi | Zems | Adekvāta |
| 0.15–0.3 m/s | 15-22 grādi | 95-102 grādi | Mērens | Margināls |
| 0.05–0.15 m/s | 22-35 grādi | 102-115 grādi | Augsts | Zem minimuma |
| <0.05 m/s | 35-50 grādi | 115-130 grādi | Ļoti augsts | Nedroši |
Plūsmas ātruma un tvaika pārklājuma risks PTFE iegremdējamiem sildītājiem ūdens vannās 80 grādu temperatūrā
Minimālā ātruma slieksnis
Minimālais plūsmas ātrums, kas nepieciešams, lai novērstu tvaika pārklājumu, ir atkarīgs no šķidruma, vatu blīvuma un tilpuma temperatūras. Vannām uz ūdens bāzes ar 60–80 grādi un vatu blīvumu 1,0–1,5 W/cm² parasti pietiek ar sildītāja virsmas ātrumu vismaz 0,15 m/s, lai atdalītu tvaika burbuļus, pirms tie saplūst.
Zem 0,15 m/s robeža ātri sašaurinās. Ja ātrums ir 0,1 m/s, sildītāja -līdz- tilpuma atstarpe var pārsniegt 25 grādus, nospiežot sildītāja virsmas temperatūru virs lokālās viršanas temperatūras vannās virs 70 grādiem. Pie 0,05 m/s-faktiski stāvoša{10}}atstarpe var pārsniegt 40 grādus, un vannās virs 60 grādiem sākas tvaika pārklājums.
Viskoziem šķidrumiem minimālais ātrums ir lielāks. Šķidrumam, kura viskozitāte ir trīs reizes lielāka par ūdens viskozitāti, ir nepieciešams aptuveni 1,5 reizes lielāks ātrums, lai sasniegtu tādu pašu robežslāņa biezumu. Niķeļa sulfamātam 55 grādu temperatūrā minimālais ātrums drošai darbībai pie 1,2 W/cm² ir aptuveni 0,25 m/s.
| Šķidruma veids | Viskozitāte darba temp | Minimālais ātrums pie 1,0 W/cm² | Minimālais ātrums pie 1,5 W/cm² |
|---|---|---|---|
| Ūdens | 0,5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Atšķaidīta skābe | 0,7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Vatu niķelis | 2,0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Niķeļa sulfamāts | 3,5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Bezelektrisks niķelis | 4,5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Minimālie plūsmas ātrumi, lai novērstu tvaika pārklājumu PTFE iegremdējamo sildītāju iekārtās
Kāpēc tvertnes{0}}līmeņa plūsmas mērījumi ir maldinoši?
Plūsmas ātrums pie sildītāja virsmas gandrīz vienmēr ir mazāks par tvertnes{0}}vidējo ātrumu. Izsmidzināšanas caurules un izspiedēji ir novietoti tā, lai šķidrums pārvietotos ap sagatavēm, nevis ap sildītājiem. Sildītājs bieži atrodas stūrī, aiz plaukta vadotnes vai uz sienas, kas atrodas pretī ieplūdei, kur vietējais ātrums ir daļa no kopējā vidējā ātruma.
Lauka mērījumi apšuvuma tvertnēs konsekventi uzrāda sildītāja -līmeņa ātrumu par 30–70% zem tvertnes vidējā līmeņa. Mirušajās zonās samazinājums var būt 80–90%. Tvertnei ar nominālo ātrumu 0,3 m/s pie sildītāja virsmas var būt tikai 0,05–0,1 m/s.
Tāpēc tvertnes{0}}līmeņa plūsmas mērījumus nevar izmantot, lai pārbaudītu sildītāja drošu darbību. Mērījums ir jāveic sildītāja vietā vai arī sildītājs jānovieto zināmā augstas -plūsmas zonā ar atbilstošu rezervi.
Praktiski pasākumi droša ātruma uzturēšanai
Novietojiet sildītāju galvenajā plūsmas ceļā. Vislielākais ātrums un vienmērīgākā plūsma notiek tvertnes centrā vai tieši vienā līnijā ar cirkulācijas ieplūdi. Izvairieties no stūriem, aiz deflektoriem un pārplūdes aizsprostu tuvumā.
Izmantojiet īpašu izvadītāju vai izplūdes cauruli, kas vērsta uz sildītāju. Neliela izvadīšanas sprausla, kas novietota 150–250 mm attālumā no sildītāja un vērsta gar sildītāja virsmu, palielina lokālo ātrumu līdz 0,3–0,5 m/s. Šī ir visdrošākā metode droša ātruma uzturēšanai pie sildītāja.
Uzstādiet plūsmas slēdzi vai spiediena starpības sensoru, lai noteiktu cirkulācijas zudumu. Plūsmas slēdzis sūkņa izplūdes līnijā pārtrauc strāvu sildītājam, ja plūsma nokrītas zem drošā sliekšņa. Slēdžam jābūt neatkarīgam no galvenās vadības sistēmas, un tam ir nepieciešama manuāla atiestatīšana.
Samaziniet vatu blīvumu zemas{0}}plūsmas zonās. Ja sildītājam jādarbojas vietā, kur plūsmu nevar uzturēt virs 0,15 m/s, vatu blīvums jāsamazina, lai sildītāja virsmas temperatūra būtu zemāka par vietējo viršanas temperatūru. Stagnējošās zonās drošais vatu blīvums ir 0,6–0,8 W/cm².
Kad standarta sildītāji nevar uzturēt drošu ātrumu
Tvertnes ar sarežģītu iekšējo stiprinājumu un ierobežotu cirkulāciju bieži nevar nodrošināt plūsmas ātrumu, kāds nepieciešams drošai sildītāja darbībai. Sildītājam, kas labi darbojas galvenās tvertnes tilpumā, var nebūt plūsmas stūrī vai aiz armatūras.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar plūsmas-optimizētu pozīciju, īpašu izvadītāju un zemāku vatu blīvumu novērš plūsmas bada galveno cēloni. Specifikācijas procesam ir nepieciešami tvertnes izmēri, cirkulācijas izkārtojums, sildītāja novietojums, vannas ķīmija un nepieciešamā jauda. Iekārtām ar vairākām tvertnēm šī lietojumprogrammas -specifiskā pieeja samazina tvaika pārklājuma risku un pagarina sildītāja kalpošanas laiku.
