Buhar Bölgesinin Aşırı Isınmasını Önlemek İçin Yüzen Sıvı Seviyesine Sahip Bir Tank için Doğru PFA Isıtıcı Uzunluğu Nasıl Seçilir?

PFA ısıtıcıları, yüzen sıvı seviyelerine sahip tanklarda değişen daldırma derinliklerine (toplu işleme, aralıklı doldurma, buharlaştırma/konsantrasyon) maruz kalır. Minimum sıvı seviyesinin çok uzun olması durumunda ısıtıcının önemli bir kısmı buhar bölgesinde çalışır, bu da aşırı ısınmaya, PFA'nın bozulmasına ve erken arızaya neden olabilir. L_heater L_min_immersion × (1 + f)'den küçük veya ona eşit; burada f, buhardaki ısıtıcının izin verilen oranıdır (genellikle %15–25), uygun ısıtıcı uzunluğu L_heater tarafından karşılanmalıdır. Minimum sıvı seviyesi 1,0 m ve maksimum 3,0 m olan bir tank için ideal ısıtıcı uzunluğu 1,2–1,3 m'dir (min seviyenin %20–30 üzerinde). Hızlı arıza, daha uzun ısıtıcıların (2,0 m) minimum seviyede 1,0 m açıkta kalmasıyla sonuçlanacaktır. Farklı seviyeleri idare etmek için tekdüze olmayan watt yoğunluğuna sahip (üstte daha düşük güç)-bir ısıtıcı veya seviyeye göre kademeli birkaç ısıtıcı (düşük, orta, yüksek) kullanın. Amaç, buhar bölgesi watt yoğunluğunu 0,5–1,0 W/cm²'nin altında tutarak PFA sıcaklıklarının 180 derecenin üzerine çıkmasını önlemektir.

Buhar Bölgesindeki Sıcaklık ve Güç Yoğunluğu
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total), düzgün bir ısıtıcıya sahip buhar bölgesindeki güçtür (uzunluk boyunca sabit watt yoğunluğu). q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=sabiti, buhar bölgesi ısı akışıdır! Bu nedenle, maruz kalma miktarına bakılmaksızın buhar bölgesindeki watt yoğunluğu, sıvı bölgedekiyle tamamen aynıdır. Sorun bu. Sıvı içinde 3 W/cm² olması amaçlanan bir ısıtıcının açıkta kalan kısmı 3 W/cm²'ye maruz kalır. Buharda 3 W/cm²'deki yüzey sıcaklığı (sıvıda h=10–50 W/m²·K'ye karşı. 1,000) 600–3.000 derece olacaktır (imkansız). Isıtıcı gerçekten kendi kendini düzenlediğinde direnç teli ısınır, PFA erir veya termal kesinti tetiklenir. Yalnızca çok düşük buhar bölgesi ısı akışı-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Seçim kriteri: Buhar bölgesi ısı akısı 1,0 W/cm²'ye eşit veya daha az olmalıdır. Toplam watt yoğunluğu q_total olan bir ısıtıcı için izin verilen maruz kalma oranı L_vapor/L_total, q_max_vapor/q_total'a eşittir. Q_total=3 W/cm² için L_vapor/L_total=1.0/3.0=0.33 (%33 maruz kalmaya izin verilir). Bu nedenle L_heater Minimum sıvı seviyesi 1,0 m ise 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 m'ye eşit veya daha küçük. Güvende olmak için pratikte %20-25 maruziyetten yararlanın.

Isıtıcı Uzunluğunu Seçim Tablosu
İzin Verilen Maksimum Buhar Oranı q_total (W/cm²) Minimum Sıvı Seviyesi (m) Maksimum Sıvı Seviyesi (m)Maksimum Isıtıcı Uzunluğu (m) Önerilen Isıtıcı Uzunluğu (m) Yapılandırma
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Kısa ısıtıcı minimum seviyede 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Kabul edilebilir 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 İyi 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Marjinal; kademeli ısıtıcılar kullanın
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 Daha yüksek watt yoğunluğu için daha kısa ısıtıcılara ihtiyaç vardır
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Daha düşük watt yoğunluklarıyla daha uzun ısıtıcılar mümkündür.
Herhangi biri Herhangi biri Herhangi biri 0,15 (koruyucu) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Koruyucu tasarım
Farklı Seviyeler İçin Kademeli Isıtıcılar
Minimum seviye 1,0 m ve maksimum 4,0 m (4x sapma) ise, tek bir ısıtıcı düşük seviyede aşırı ısınmadan her iki uç noktaya da hizmet veremez. Üç katmanlı ısıtıcılardan yararlanın:

Isıtıcı A kısadır (1,2 m), alçak-montelidir ve sürekli kullanımdadır (minimum seviye bunu kapsar).

Isıtıcı B: orta (2,5 m), seviye 1,5 m'den yüksek olduğunda etkinleşir

Isıtıcı C uzundur (4,0 m) ve seviye 2,5 m'den yüksek olduğunda devreye girer.

Seviye sensörlerine dayalı olarak kontrol sistemi ısıtıcıları etkinleştirir. Yalnızca tamamen suya daldırılmış olan Isıtıcı A minimum seviyede (1,0 m) çalışır. Orta düzeyde A+B işlevi. Üçü de maksimum seviyede çalışır. Tam watt yoğunluğunda hiçbir ısıtıcıda buhar bölgesi oluşmaz.

Üstte düşük güce ve altta yüksek güce sahip olan-üniform olmayan watt yoğunluklu bir ısıtıcı bir alternatiftir. 2,0 m'lik bir ısıtıcı için üstteki 0,5 m'yi 0,5 W/cm² (düşük seviyede maruz kalan) için ve alt 1,5 m'yi 3,5 W/cm² için tasarlayın. Bunun için özel sarma gereklidir (bkz. Makale #25). 20–%30 daha pahalıdır.

Sahadaki Örnek
Toplu döngüler sırasında, kimyasal buharlaştırıcıdaki sıvı seviyesi 0,8 ila 2,5 metre arasında değişiyordu. Orijinal ısıtıcı maksimum seviye için yapılmış ve uzunluğu 2,4 metre olarak ölçülmüştür. Isıtıcının . 1.6 metresi minimum eşikte (0,8 metre) buhara maruz kalmıştır. Üç ay sonra, havada 3 W/cm²'de çalışan açıkta kalan alan nedeniyle PFA kahverengiye döndü ve çatladı. Tesis tarafından yerine 1,1 m'lik ısıtıcı (minimum seviyede dahi tamamen gömülü) yerleştirildi. Isıtıcının üzerindeki minimum seviyeyi korumak için parti büyüklüğü düşürülmesine rağmen üretim azaldı. Bundan sonra tesis, yalnızca seviye 1,5 m'den yüksek olduğunda açılan 2,0 m'lik bir ısıtıcı ve sürekli açık olan 1,2 m'lik bir ısıtıcıdan oluşan aşamalı bir sistem kurdu. 1,2 m'lik ısıtıcı buharı asla görmez. Düşük seviyede 2,0 m ısıtıcı asla açılmaz. Üretim kapasitesi yeniden sağlandı ve her iki ısıtıcı da üç yıldan fazla dayandı.

Sonuç olarak, %25 buhar payı için L_heater L_min / 0,75'e eşit veya daha az
Yüzen sıvı seviyelerine sahip tanklarda, L_heater L_min_immersion / (1 – f) değerinden küçük veya ona eşit olacak şekilde ısıtıcı uzunluğunu L_heater seçin; burada f, buhar bölgesinin aşırı ısınmasını önlemek için izin verilen buhar fraksiyonudur (genellikle 0,20–0,25). L_heater L_min=1.0 m için 1,0 / 0.75=1.33 m'ye eşit veya daha az. Gerekli uzunluk daha uzunsa, seviye sensörleri tarafından tetiklenen çok sayıda ısıtıcı olan, tekdüze olmayan watt yoğunluklu bir ısıtıcı veya kademeli ısıtıcılar kullanın. Daha uzun ısıtıcı ömrü ve daha az arıza süresi, hazırlık maliyetlerini karşılar. Tam watt yoğunlukta buhara maruz kalan bir ısıtıcının arızalanması için aylar geçmesi gerekecektir. Buhar bölgesini korumak için çok az güç kullanın veya hiç kullanmayın. Birkaç seviyedeki tek bir uzun ısıtıcı çalışmıyor; sahneleme yapar. En yüksek seviyeyi hedeflemek yerine, en düşük seviyeyi tasarlayın. Tank düşük olduğunda ısıtıcının dayanması gerekir. O noktada başarısız oluyor. Korumak için evreleme veya kısa bir uzunluk kullanın. Grubunuz minnettar olacaktır.