Μια χημική μονάδα έχασε έναν θερμαντήρα εμβάπτισης από PTFE 6 kW όταν μια φτερωτή αντλίας ανακυκλοφορίας διαβρώθηκε και η ροή μειώθηκε κατά περίπου 60%. Η θερμοκρασία του υγρού όγκου παρέμεινε εντός 3 βαθμών από το σημείο ρύθμισης. Ο ελεγκτής δεν είδε κανένα πρόβλημα. Αλλά η θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα είχε σκαρφαλώσει πέρα από το σημείο όπου το υγρό στην επιφάνεια άρχισε να εξατμίζεται. Σχηματίστηκε μια κουβέρτα ατμού, η μεταφορά θερμότητας κατέρρευσε και το PTFE φουσκάλισε και έσπασε μέσα σε λίγες ώρες.
Η κουβέρτα ατμού είναι η πιο απότομη λειτουργία αστοχίας για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE. Σε αντίθεση με τη διείσδυση ή την κόπωση, που αναπτύσσονται με την πάροδο μηνών, η κάλυψη μπορεί να καταστρέψει ένα θερμαντήρα σε μία μόνο βάρδια. Η σκανδάλη είναι σχεδόν πάντα μια πτώση της ταχύτητας ροής στην επιφάνεια του θερμαντήρα-η συνθήκη που καθορίζει εάν η θερμότητα μπορεί να φύγει από τη θερμάστρα αρκετά γρήγορα ώστε να παραμείνει κάτω από το σημείο βρασμού του υγρού.
Γιατί η κουβέρτα με ατμούς εμφανίζεται πριν από το χύμα βρασμό
Ο μαζικός βρασμός συμβαίνει όταν ολόκληρο το υγρό φτάσει στο σημείο βρασμού του. Η κάλυψη ατμού συμβαίνει στην επιφάνεια του θερμαντήρα, ενώ το υγρό χύμα παραμένει πολύ κάτω από το σημείο βρασμού. Ο μηχανισμός είναι απλός: η θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα είναι πάντα υψηλότερη από τη θερμοκρασία του υγρού όγκου. Εάν η διαφορά είναι αρκετά μεγάλη, το υγρό που έρχεται σε επαφή με το θερμαντήρα φτάνει στο σημείο βρασμού του, παρόλο που το περιβάλλον υγρό δεν το κάνει.
Για νερό στους 80 βαθμούς, το σημείο βρασμού είναι 100 βαθμούς σε ατμοσφαιρική πίεση. Ένας θερμαντήρας που λειτουργεί 25 μοίρες πάνω από τον όγκο βρίσκεται σε 105 μοίρες -πάνω από το τοπικό σημείο βρασμού. Στην επιφάνεια του θερμαντήρα σχηματίζονται φυσαλίδες ατμού. Εάν η ροή είναι επαρκής, οι φυσαλίδες αποσπώνται και καταρρέουν στο ψυχρότερο υγρό όγκου. Εάν η ροή είναι ασθενής, οι φυσαλίδες συγχωνεύονται σε μια κουβέρτα ατμού που μονώνει τη θερμάστρα.
Μόλις σχηματιστεί η κουβέρτα, η μεταφορά θερμότητας καταρρέει. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα αυξάνεται, συχνά μέσα σε δευτερόλεπτα, στο εύρος υποβάθμισης του PTFE. Το πολυμερές μαλακώνει, σχηματίζει φουσκάλες και ραγίζει. Η αποτυχία είναι μη αναστρέψιμη.
| Ταχύτητα ροής στο θερμαντήρα | Θερμαντήρας ΔT στα 1,2 W/cm² | Θερμοκρασία θερμαντήρα στους 80 βαθμούς Μαζική | Κίνδυνος ατμοποίησης | Ελάχιστη Ασφαλής Ταχύτητα |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6–10 μοίρες | 86–90 μοίρες | Κανένας | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10-15 βαθμοί | 90–95 μοίρες | Χαμηλός | Επαρκής |
| 0.15–0.3 m/s | 15–22 μοίρες | 95–102 μοίρες | Μέτριος | Οριακός |
| 0.05–0.15 m/s | 22–35 μοίρες | 102–115 μοίρες | Ψηλά | Κάτω από το ελάχιστο |
| <0.05 m/s | 35–50 μοίρες | 115–130 μοίρες | Πολύ ψηλά | Επισφαλής |
Ταχύτητα ροής και κίνδυνος κάλυψης ατμού για θερμαντήρες εμβάπτισης PTFE σε υδατικά λουτρά στους 80 βαθμούς
Το κατώφλι ελάχιστης ταχύτητας
Η ελάχιστη ταχύτητα ροής που απαιτείται για την αποφυγή κάλυψης ατμών εξαρτάται από το ρευστό, την πυκνότητα watt και τη θερμοκρασία όγκου. Για λουτρά με βάση το νερό- στους 60–80 μοίρες και πυκνότητες watt 1,0–1,5 W/cm², μια ταχύτητα επιφάνειας του θερμαντήρα τουλάχιστον 0,15 m/s είναι γενικά επαρκής για την αποκόλληση των φυσαλίδων ατμού προτού συνενωθούν.
Κάτω από 0,15 m/s, το περιθώριο στενεύει γρήγορα. Στα 0,1 m/s, το διάκενο του θερμαντήρα-στο-μάζα μπορεί να υπερβεί τους 25 βαθμούς , ωθώντας τη θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα πέρα από το τοπικό σημείο βρασμού σε λουτρά άνω των 70 βαθμών . Στα 0,05 m/s-ουσιαστικά στάσιμο-το κενό μπορεί να ξεπεράσει τις 40 μοίρες και η κάλυψη των ατμών αρχίζει σε λουτρά άνω των 60 μοιρών .
Για τα παχύρρευστα ρευστά, η ελάχιστη ταχύτητα είναι μεγαλύτερη. Ένα ρευστό με τριπλάσιο ιξώδες από το νερό απαιτεί περίπου 1,5 φορές την ταχύτητα για να επιτευχθεί το ίδιο πάχος οριακής στρώσης. Για σουλφαμικό νικέλιο στους 55 βαθμούς, η ελάχιστη ταχύτητα για ασφαλή λειτουργία στα 1,2 W/cm² είναι περίπου 0,25 m/s.
| Τύπος υγρού | Ιξώδες σε θερμοκρασία λειτουργίας | Ελάχιστη ταχύτητα στο 1,0 W/cm² | Ελάχιστη ταχύτητα στα 1,5 W/cm² |
|---|---|---|---|
| Νερό | 0,5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Αραιό οξύ | 0,7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Watt νικέλιο | 2,0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Σουλφαμικό νικέλιο | 3,5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Ηλεκτρικό νικέλιο | 4,5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Ελάχιστες ταχύτητες ροής για την αποφυγή επικάλυψης ατμών σε εγκαταστάσεις πετρελαιοειδών θερμαντήρα εμβάπτισης
Γιατί παραπλανούν οι μετρήσεις ροής επιπέδου δεξαμενής-
Η ταχύτητα ροής στην επιφάνεια του θερμαντήρα είναι σχεδόν πάντα χαμηλότερη από τη μέση ταχύτητα της δεξαμενής-. Οι σωλήνες ψεκασμού και οι αγωγοί είναι τοποθετημένοι για να μετακινούν το υγρό γύρω από τα τεμάχια εργασίας και όχι γύρω από τους θερμαντήρες. Ο θερμαντήρας συχνά κάθεται σε μια γωνία, πίσω από έναν οδηγό ραφιών ή σε έναν τοίχο απέναντι από την είσοδο όπου η τοπική ταχύτητα είναι ένα κλάσμα του μέσου όρου του όγκου.
Οι μετρήσεις πεδίου σε δεξαμενές επιμετάλλωσης δείχνουν σταθερά ταχύτητες επιπέδου θερμαντήρα-30–70% κάτω από τον μέσο όρο της δεξαμενής. Σε νεκρές ζώνες, η μείωση μπορεί να είναι 80-90%. Μια δεξαμενή με ονομαστική ταχύτητα 0,3 m/s μπορεί να έχει μόνο 0,05–0,1 m/s στην επιφάνεια του θερμαντήρα.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μετρήσεις ροής{0}}του επιπέδου δεξαμενής δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επαλήθευση της ασφαλούς λειτουργίας του θερμαντήρα. Η μέτρηση πρέπει να πραγματοποιείται στη θέση του θερμαντήρα ή ο θερμαντήρας πρέπει να βρίσκεται σε γνωστή ζώνη υψηλής-ροής με επαρκές περιθώριο.
Πρακτικά μέτρα για τη διατήρηση της ασφαλούς ταχύτητας
Τοποθετήστε το θερμαντήρα στην κύρια διαδρομή ροής. Η υψηλότερη ταχύτητα και η πιο ομοιόμορφη ροή εμφανίζονται στο κέντρο της δεξαμενής ή απευθείας στην είσοδο της κυκλοφορίας. Αποφύγετε τις γωνίες, πίσω από τα διαφράγματα και κοντά στο φράγμα υπερχείλισης.
Χρησιμοποιήστε έναν ειδικό εξαγωγέα ή ένα σωλήνα ψεκασμού που κατευθύνεται προς τη θερμάστρα. Ένα μικρό ακροφύσιο εξαγωγής τοποθετημένο 150–250 mm από τη θερμάστρα και στραμμένο κατά μήκος της επιφάνειας του θερμαντήρα αυξάνει την τοπική ταχύτητα στα 0,3–0,5 m/s. Αυτή είναι η πιο αξιόπιστη μέθοδος για τη διατήρηση της ασφαλούς ταχύτητας στο θερμαντήρα.
Εγκαταστήστε έναν διακόπτη ροής ή έναν αισθητήρα διαφορικής πίεσης για να εντοπίσετε απώλεια κυκλοφορίας. Ένας διακόπτης ροής στη γραμμή εκκένωσης της αντλίας διακόπτει την τροφοδοσία του θερμαντήρα εάν η ροή πέσει κάτω από το ασφαλές όριο. Ο διακόπτης θα πρέπει να είναι ανεξάρτητος από το κύριο σύστημα ελέγχου και θα πρέπει να απαιτεί χειροκίνητη επαναφορά.
Μειώστε την πυκνότητα watt σε ζώνες χαμηλής- ροής. Εάν ο θερμαντήρας πρέπει να λειτουργεί σε θέση όπου η ροή δεν μπορεί να διατηρηθεί πάνω από 0,15 m/s, η πυκνότητα watt πρέπει να μειωθεί για να διατηρηθεί η θερμοκρασία της επιφάνειας του θερμαντήρα κάτω από το τοπικό σημείο βρασμού. Σε στάσιμες ζώνες, η ασφαλής πυκνότητα watt είναι 0,6–0,8 W/cm².
Όταν οι τυπικοί θερμαντήρες δεν μπορούν να διατηρήσουν ασφαλή ταχύτητα
Οι δεξαμενές με πολύπλοκη εσωτερική στερέωση και περιορισμένη κυκλοφορία συχνά δεν μπορούν να παρέχουν την ταχύτητα ροής που απαιτεί η ασφαλής λειτουργία του θερμαντήρα. Ένας θερμαντήρας που λειτουργεί καλά στον όγκο της κύριας δεξαμενής μπορεί να μην έχει ροή σε μια γωνία ή πίσω από ένα εξάρτημα.
Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με βελτιστοποιημένη θέση- ροής, ειδικό εξαγωγέα και χαμηλότερη πυκνότητα watt αντιμετωπίζει τη βασική αιτία της έλλειψης ροής. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τις διαστάσεις της δεξαμενής, τη διάταξη κυκλοφορίας, τη θέση του θερμαντήρα, τη χημεία του μπάνιου και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις με πολλαπλές δεξαμενές, αυτή η συγκεκριμένη προσέγγιση-εφαρμογής μειώνει τον κίνδυνο εξάτμισης και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα.
