150 Santigrat Derecenin Üzerinde Durgun, Yüksek-Sıcaklıktaki Termal Yağda Çalışan Düşük-Wat-Yoğunluklu Daldırma Isıtıcı için İzin Verilen Maksimum 316 Paslanmaz Çelik Kılıf Duvar Kalınlığı Nedir?

Kimya fabrikalarında, plastik kalıplama operasyonlarında ve gıda işleme tesislerinde ısı transfer sıvısı sistemlerinin bakımını yapmakla görevli proses mühendisleri, termal yağ hizmeti için elektrikli daldırma ısıtıcıları seçerken bir dizi benzersiz kısıtlamayla karşı karşıya kalıyor. Su bazlı sistemler, güçlü ısı transfer katsayıları nedeniyle çok yüksek watt yoğunluklarına sahipken, termal yağlar çok zayıf ısı transfer özelliklerine sahiptir; bu da suyun yaklaşık onda biri ila yirmide biri kadardır. Durgun veya düşük akış durumlarında, ısıtıcı kılıfıyla temas eden yağ, toplu sıvı sıcaklığından çok daha yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılabilir ve bu da termal bozulmaya, koklaşmaya ve sonunda ısıtıcı arızasına neden olabilir. 316 paslanmaz çelik kılıfın duvar kalınlığı, bu arıza mekanizması açısından kritik öneme sahiptir çünkü dış yüzey sıcaklığı, belirli bir watt yoğunluğu için duvar kalınlığının bir fonksiyonudur. Yayınlanmış yağ bozunma sınırlamaları ve ısı transferi ilkeleri, düşük-watt-yoğunluklu, yüksek-sıcaklıktaki termal yağ hizmetinde 316 kılıf için kabul edilebilir maksimum duvar kalınlığını tanımlamak için kullanılır.

Kızgın Yağın Bozunma Mekanizmaları ve Yüzey Sıcaklığının Sınırları
Termal yağlar, çok yüksek sıcaklıklarda termal çatlama ve oksidasyona maruz kalabilen organik akışkanlardır. İzin verilen maksimum film sıcaklığı (yağ-kılıf arayüzündeki sıcaklık) yağın kimyasına bağlıdır ancak normalde mineral yağlar için 250 ile 350 derece arasında ve sentetik aromatik yağlar için 320 ile 400 derece arasındadır. Bu sıcaklıkların ötesinde, çözünmeyen polimerlerin, karbonlu birikintilerin ve yakıcı yan ürünlerin-üretiminde hızlanma meydana gelir. Kılıf yüzeyinde bir kok veya polimer kaplama mevcut olduğunda, kılıf yüzeyi yalıtkan bir bariyer görevi görür, kılıf sıcaklığını daha da arttırır ve kontrolsüz bir döngüde bozunmayı hızlandırır. Durgun termal yağa batırılmış 316 paslanmaz çelik kılıflar için, yüzey sıcaklığı T_s=T_b + (q× R_s) olarak hesaplanır; burada T_b kütle sıcaklığıdır, q watt yoğunluğudur ve R_s sistemin toplam direncidir; bu, kılıf duvarının iletken direnci ile yağ sınır tabakasının konvektif direncinin toplamıdır. Sabit yağda, konveksiyon direnci en önemli dirençtir ve zayıf doğal konveksiyon ve yağ özelliklerinin sıcaklıkla büyük değişimi nedeniyle son derece doğrusal değildir. Endüstri deneyimi, mineral yağların büyük çoğunluğunun 316 derecelik kılıf yüzey sıcaklığına kadar, yüksek dereceli sentetiklerin ise 320 dereceye kadar kılıf yüzey sıcaklığına kadar güvenle kullanılabileceğini göstermiştir. Bu kısıtlamalar doğrudan belirli bir duvar kalınlığı için izin verilen maksimum watt yoğunluğuna dönüşür.

Et Kalınlığının Durgun Duruştaki Petrolün Yüzey Sıcaklığına Etkisi
Belirli bir watt yoğunluğunda, 316 kılıf duvar kalınlığının arttırılması, dış yüzey sıcaklığını ekstra termal dirençle aynı miktarda artırır. Kütleden kılıf yüzeyine sıcaklık artışı, 150 derece C yığın sıcaklığında ve orta derecede viskoz petroller için tipik olan ~200 W/m2K-doğal konveksiyon ısı transfer katsayısındaki sabit yağ için hesaplanır. 4 W/cm²'de 1,0 mm 316 kılıf, kabaca 235 derecelik bir yüzey sıcaklığı sağlar; bu da 260 derecelik mineral yağ sınırının oldukça altındadır. Aynı ısıtıcı, ancak 1,6 mm'lik bir kılıfla 255 dereceye ulaşarak sınıra yaklaşıyor. 2,0 mm kılıfla yüzey sıcaklığı 270 derecedir ve bu, çoğu mineral yağ için izin verilen sınırın ötesindedir. 2,5 mm et kalınlığında yüzey sıcaklığı 290 derece olup yağın bozulmasını ve koklaşmasını hızlandırır. Kalın... Sentetik yağlar için 320 derece C sınırı. 4 W/cm2'de 2,0 mm'lik bir kılıf, sentetik yağ sınırının çok altında, 270 derecelik bir verim sağlar. 4 W/cm²'de 2,5 mm'lik bir kılıf bile yalnızca 290 derece verir; bu da kaliteli sentetikler için kabul edilebilir bir değerdir. Ancak dökme yağın sıcaklığı 180 dereceye veya 200 dereceye çıktıkça yüzey sıcaklığı da buna bağlı olarak artar ve kabul edilebilir maksimum duvar kalınlığı düşer.

Kızgın Yağ Servisi için Önerilen Maksimum Et Kalınlığı
Aşağıdaki tablo, sabit veya düşük-düşük akışlı termal yağ servisinde kullanılan düşük-watt yoğunluklu daldırma tipi ısıtıcılar için maksimum 316 kılıf duvar kalınlığını önermektedir. Değerler sürekli çalışma, daha önce bozulmamış temiz yağ ve üretici tarafından belirtilen maksimum film sıcaklığının 15 derece altında bir güvenlik tamponu için geçerlidir.

Kızgın Yağ Tipi Maksimum Dökme Yağ Sıcaklığı Önerilen Watt Yoğunluk Aralığı Maksimum 316 Kılıf Et Kalınlığı Beklenen Koklaşma Riski
Standart kalitede mineral yağ 120 derece 3 – 5 W/cm² 1,6 mm Düşük, 1,6 mm; orta derecede yukarıda
Standart kalite 150 derece 2 – 4 W/cm² 1,2 mm 1,2 mm'de orta; yukarıda
Mineral yağ, yüksek sıcaklık sınıfı 180 derece 1,5 – 3 W/cm 2 1.0 mm Yüksek risk, sentetik yağı değerlendirin
Sentetik aromatik yağ 150 derece 3 – 6 W/cm² 2,0 mm Düşük, 2,0 mm; 2,5 mm'de orta
Sentetik aromatik yağ 200 derece 2 – 4 W/cm² 1,6 mm 1,6 mm'de hafif; 2,0 mm'de şiddetli
Sentetik aromatik yağ 250 derece 1 – 2,5 W/cm² 1,2 mm Yüksek tehlike; sürekli izlemeye ihtiyaç duyuyor
200 derece akışlı sentetik aromatik yağ 4 – 8 W/cm2 2.0 mm Zorunlu dolaşımda düşük risk
Yığın sıcaklığının 150 dereceden büyük olduğu ve kılıf duvar kalınlığının 1,6 mm'den büyük olduğu tüm termal yağ uygulamalarında, mühendisler, ısıtıcı üreticisinden, yağın verilen ısı transfer parametrelerine dayalı olarak tam dış yüzey sıcaklığını hesaplayan bir termal çalışma sağlamasını istemelidir. Bu ayarlarda genel öneriler yeterli değildir. Ayrıca yağın bozulmasına karşı en güvenilir koruma, doğrudan kılıf yüzeyine monte edilen bir termokupl tarafından sağlanır. Kaydedilen kılıf sıcaklığı yağın maksimum film sıcaklığına yakınsa ısıtıcının watt yoğunluğu azaltılmalı veya yağ sirkülasyonu artırılmalıdır. Dikkatli bir duvar kalınlığı seçimi ekonomik bir öneridir. Koklaşmış yağı değiştirme ve kirli bir ısıtıcıyı temizleme masrafı genellikle ısıtıcının maliyetinin beş ila on katıdır.