Minimum Sıvı Seviyesi 500 mm ve Maksimum Seviyesi 2.000 mm Olan Bir Tank için Buhar Bölgesi Aşırı Isınması Olmadan Gerekli PFA Isıtıcı Uzunluğu Nasıl Hesaplanır?

Aşırı uzun bir PFA ısıtıcısı, değişen sıvı seviyelerine sahip bir tanktaki (toplu işleme, buharlaştırıcılar veya söndürme tankları gibi) düşük sıvı seviyelerindeki buhar bölgesine aşırı miktarda maruz kalacak ve bu da aşırı ısınmaya ve erken arızaya yol açacaktır. Maksimum sıvı seviyesi yerine-minimum sıvı seviyesi-gerekli ısıtıcı uzunluğunu belirler. Güvenli bir tasarım, ısıtıcının açıktaki (buhar bölgesi) bölümünü toplam uzunluğunun %20-25'i kadar veya altında tutar. Minimum 500 mm sıvı seviyesi için maksimum ısıtıcı uzunluğu 500 / (1 – 0,25)=667 mm'dir. Bu, açıkta kalan kısmın daha düşük bir yüzey sıcaklığında çalışmasını ve ısıtıcının en az %75'inin en düşük seviyede su altında kalmasını garanti eder. Maksimum dolumda tutarlı ısıtma için daha uzun bir ısıtıcı gerekiyorsa birkaç aralıklı ısıtıcı takın veya tek tip olmayan watt yoğunluğuna (üst bölgede daha düşük güç çıkışı) sahip bir ısıtıcı kullanın.

Buhar Bölgesi Aşırı Isınma Mekanizması
Sıvı bölgedeki ısı iletim katsayısı (h) genellikle 500 ile 5.000 W/m²·K arasındadır. Buhar bölgesinde (hava, buhar veya asit buharı) H 10–100 W/m²·K'ye düşer. Eşit watt yoğunluğu q (W/cm²) olan bir ısıtıcının buhar bölgesindeki yüzey sıcaklığı T_vapor=T_ambient + q / h_vapor'dur. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 derece, q=3 W/cm² (30,000 W/m²) ve h_vapor=30 W/m²·K için imkansızdır. PFA kılıf sıcaklığı yine de 250-350 dereceyi aşabilir; bu durum, sıcaklıkla birlikte direnç arttıkça ısıtıcı gerçekten kendi kendini-düzenlese de erimeye veya ciddi hasara neden olabilir. Güvenli buhar bölgesi ısı akısı 1,0 W/cm²'den az veya buna eşit olduğundan, q_vapor 10.000 W/m²'den az veya ona eşit olmalıdır. q_vapor=q_liquid, düzgün bir ısıtıcı için. Buhar bölgesindeki etkili ısı dağıtım alanının gerçek akıyı azaltacak kadar büyük olmasını sağlamak için buhar bölgesini güvende tutmanın tek yöntemi, ısıtıcının maruz kalan kısmını sınırlamaktır. Bununla birlikte, ısıtıcının tekdüze bir watt yoğunluğuna sahip olması koşuluyla, açıkta kalan kısım birim uzunluk başına aynı miktarda elektrik üretmeye devam etmektedir. Sıcaklık artışı sabit h_vapor'a bağlıdır. Bunun yerine, ısıtıcı boyunca watt yoğunluğunu (q) azaltmak için aynı toplam güce sahip daha uzun bir ısıtıcı kullanılabilir. q=P / (π × D × L) belirlenmiş bir toplam güç P ve uzunluk L için. Q, L arttıkça orantılı olarak azalır.

Minimum Isıtıcı Uzunluğunu Belirleme Yöntemi:

L_min milimetre cinsinden en düşük sıvı seviyesidir.

L_heater ısıtıcının toplam uzunluğudur (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=yüzde=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design, yüzey alanı ve toplam güce göre belirlenen watt yoğunluğudur (W/cm²).

Güvenli buhar bölgesinin çalışması için buhar bölgesi ısı akışının q_max_vapor=1.0 W/cm²'ye eşit veya daha az olması gerekir. Öte yandan, eğer ısıtıcı düzgün q'ya sahipse, buhar bölgesi aynı q'yu yaşar. Sonuç olarak, ısıtıcının açıkta kalan kısmın bile güvenli olması için çok küçük bir açıkta kalan kısım veya düşük bir toplam q ile yapılması gerekir. En mantıklı strateji, f_exposed değerini 0,25'e eşit veya daha azına düşürmek ve genel olarak düşük bir q (1,5 W/cm²'ye eşit veya daha az) ile tasarım yapmaktır.

Genel bir kural olarak, L_heater < L_min / (1 – f_max), burada f_max izin verilen maksimum maruz kalan kısımdır (genellikle 0,20 ile 0,25 arasındadır). L_heater L_min=500 mm için 500 / 0.75=667 mm'ye eşit veya daha az.

Farklı Seviye Durumları İçin Gerekli Isıtıcı Uzunluğu
Minimum Sıvı Seviyesi (mm)Maksimum Sıvı Seviyesi (mm)Önerilen Isıtıcı Uzunluğu (mm) Minimum Seviye Maruz Kalma Oranı (%) 6 kW, 25 mm OD'de Toplam q (W/cm²) Buhar Bölgesi Güvenliği 500 2,000 650 23% 4,7 (çok yüksek)q azaltılmadıkça güvensiz 500 2,000 1,200 58% 2,5 Güvensiz (çok yüksek maruz kalma) 500 2,000 650 (yalnızca 3 kW ile) %23 2,35 Kabul edilebilir (q düşük) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Marjinal (sınırda q) 800 2,000 1,200 (düşürülmüş güçle) %33 2,0 (düşürülmüş) Kabul edilebilir 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 İyi
Maksimum seviyede tam kapsama için gerekli ısıtıcı uzunluğunun, minimum seviyedeki güvenli uzunluktan önemli ölçüde daha uzun olması durumunda, çoklu kademeli ısıtıcılar cevaptır. Örneğin, orta boy bir ısıtıcıyı (1.200 mm) daha yükseğe, uzun bir ısıtıcıyı (2.000 mm) üste ve kısa bir ısıtıcıyı (650 mm) alta yerleştirin. Seviye düşük olduğunda yalnızca alt ısıtıcı çalışır; dolduğunda hepsi çalışıyor.

Sahadaki Örnek
The minimum liquid level in a waste evaporator was 600 mm, while the highest was 2,500 mm. There was only one 2,000 mm PFA heater installed. 1,400 mm (70%) was exposed to vapor at the lowest level. Within three months, the heater broke down. The plant replaced it with three heaters: 600 mm (1.5 kW), 1,200 mm (2 kW), and 2,000 mm (2.5 kW), each with level sensors. The 600 mm heater only turned on when level >650 mm. The 2,000 mm heater only turned on when level >1.800 mm. Hiçbir ısıtıcı %20'den fazla maruz kalma görmedi. Her üç ısıtıcı da 5+ yıl dayandı.

Alternatif Olarak-Tekdüze Olmayan Watt Yoğunluğu
Çok sayıda ısıtıcı uygulanamıyorsa, tek tip olmayan watt yoğunluğuna sahip tek bir ısıtıcı belirtin-: ısıtıcı uzunluğunun üst %30'u birim uzunluk başına gücün yalnızca %20'sini sağlarken alt %70'i %80'ini üretir. Bu, direnç telinin eğimi değiştirilerek gerçekleştirilebilir (bkz. Madde #25). Açıkta kalan üst alan minimum düzeyde azaltılmış bir ısı akışına sahiptir ve bu da yüzey sıcaklığını düşürür. Bu tasarım, üretim maliyetlerini %20-30 oranında artırsa da, tek bir ısıtıcının farklı ayarlarla başa çıkabilmesini sağlar.

Sonuç olarak, minimum sıvı seviyesi ile taban ısıtıcı uzunluğu %20–25 Maruz Kalma Payı
Buhar bölgesinin aşırı ısınmasını önlemek için, sıvı seviyesi değişen bir tank için PFA ısıtıcısının uzunluğu maksimumdan değil minimum sıvı seviyesinden belirlenmelidir. Güvenli bir tasarım, maruz kalma yüzdesini minimum düzeyde %20-25 veya altında tutar. Maksimum ısıtıcı uzunluğu minimum 500 mm seviyesinde 650–670 mm'dir. Proses bütünlüğü için daha uzun bir ısıtıcıya ihtiyaç duyulursa, tekdüze olmayan bir watt yoğunluklu ısıtıcı veya-birkaç kademeli ısıtıcı kullanın. Aylar içinde, yüksek oranda maruz kalan fraksiyona sahip tek bir uzun ısıtıcı bozulacaktır. Isıtıcının maruz kalma toleransı seviye değiştikçe değişmez. Artıklık ekleyin veya en kötü senaryoya göre boyutlandırın-. En yüksek değil en düşük seviye ısıtıcınızın ne kadar dayanacağını belirler.