Як вибрати правильну довжину нагрівача PFA для резервуара з плаваючим рівнем рідини, щоб уникнути перегріву зони випаровування?

Нагрівачі PFA піддаються різним глибинам занурення в резервуари з плаваючими рівнями рідини (періодична обробка, періодичне заповнення, випаровування/концентрація). Значна частина нагрівача працює в зоні випаровування, якщо вона занадто довга для мінімального рівня рідини, що може призвести до перегріву, погіршення PFA та передчасного виходу з ладу. L_heater Менше або дорівнює L_min_immersion × (1 + f), де f є дозволеною часткою нагрівача в парі (зазвичай 15–25%), має задовольняти належна довжина нагрівача L_heater. Ідеальна довжина нагрівача для бака з мінімальним рівнем рідини 1,0 м і максимальним 3,0 м становить 1,2–1,3 м (20–30% вище мінімального рівня). Швидкий вихід з ладу призведе до більш довгих нагрівачів (2,0 м), які мають 1,0 м оголення на мінімальному рівні. Використовуйте нагрівач із не-рівномірною щільністю ват (нижча потужність у верхній частині) або кілька нагрівачів, розподілених за рівнем (низький, середній, високий), щоб працювати з різними рівнями. Мета полягає в тому, щоб запобігти температурі PFA вище 180 градусів, підтримуючи густину ват у зоні пари нижче 0,5–1,0 Вт/см².

Температура і щільність потужності в зоні випаровування
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total) — це потужність у зоні пари з рівномірним нагрівачем (постійна густина ват по всій довжині). q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=константа – це тепловий потік зони пари! Таким чином, незалежно від величини впливу, щільність ват у зоні пари точно така ж, як і в зоні рідини. Це питання. Відкрита частина нагрівача, призначена для 3 Вт/см² у рідині, відчуває 3 Вт/см². Температура поверхні при 3 Вт/см² у парі (h=10–50 Вт/м²·K проти . 1000 у рідині) становитиме 600–3000 градусів (неможливо). Опірний дріт нагрівається, PFA плавиться або спрацьовує термовідсікач, коли нагрівач фактично само-регулюється. Лише дуже низький тепловий потік зони випаровування-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Критерій вибору: Тепловий потік парової зони повинен бути менше або дорівнювати 1,0 Вт/см². Дозволена пропорція L_vapor/L_total для нагрівача із загальною щільністю ват q_total дорівнює q_max_vapor/q_total. L_vapor/L_total=1.0/3.0=0.33 (33% дозволеного впливу) для q_total=3 Вт/см². Таким чином, L_heater Менше або дорівнює 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 м, якщо мінімальний рівень рідини становить 1,0 м. Щоб бути в безпеці, використовуйте 20–25% експозиції на практиці.

Таблиця вибору довжини обігрівача
Максимально допустима частка пари q_total (Вт/см²) Мінімальний рівень рідини (м) Максимальний рівень рідини (м) Максимальна довжина нагрівача (м) Рекомендована довжина нагрівача (м) Конфігурація
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Короткий нагрівач у межах мінімального рівня 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Прийнятний 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 Добре 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Граничний; використовувати ступеневі обігрівачі
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 Для більшої потужності потрібні коротші нагрівачі
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Довші обігрівачі можливі з меншою щільністю ват.
Будь-який Будь-який Будь-який 0,15 (консервативний) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Консервативний дизайн
Нагрівачі зі ступенями для різних рівнів
Один обігрівач не може обслуговувати обидва крайні значення без перегріву на низькому рівні, якщо мінімальний рівень становить 1,0 м, а максимальний – 4,0 м (дисперсія 4×). Використовуйте три ярусні обігрівачі:

Нагрівач A короткий (1,2 м), низько-монтований і постійно використовується (мінімальний рівень покриває його).

Нагрівач B: середній (2,5 м), включається, коли рівень перевищує 1,5 м

Нагрівач C має довжину (4,0 м) і включається, коли рівень перевищує 2,5 м.

На підставі датчиків рівня система управління включає обігрівачі. На мінімальному рівні (1,0 м) працює тільки нагрівач А, який повністю занурений. Функція A+B на середньому рівні. Всі три працюють на максимальному рівні. При повній щільності ват, жоден нагрівач ніколи не відчуває зони випаровування.

Альтернативою є нагрівач із нерівномірною щільністю ват, який має низьку потужність угорі та високу — унизу. Розрахуйте верхні 0,5 м на 0,5 Вт/см² (відкриті на низькому рівні) і нижні 1,5 м на 3,5 Вт/см² для обігрівача 2,0 м. Для цього необхідна спеціальна намотка (див. статтю №25). 20– на 30% дорожче.

Приклад у Полі
Під час періодичних циклів рівень рідини в хімічному випарнику коливався від 0,8 до 2,5 метрів. Оригінальний обігрівач був створений для максимального рівня й мав довжину 2,4 метри. 1.6 метри обігрівача піддавалися впливу пари за мінімального порогу (0,8 метра). Через три місяці PFA став коричневим і потріскався через відкриту область, яка працювала при 3 Вт/см² у повітрі. На його місці завод встановив обігрівач 1,1 м (повністю закопаний навіть на мінімальному рівні). Виробництво знизилося, навіть якщо розмір партії було зменшено, щоб зберегти мінімальний рівень над нагрівачем. Після цього на заводі встановили ступінчасту систему з 2,0-метровим нагрівачем, який вмикався лише тоді, коли рівень перевищував 1,5 м, і 1,2-метровим нагрівачем, який був постійно включеним. 1,2-метровий обігрівач не бачить пари. На низькому рівні обігрівач 2,0 м ніколи не вмикається. Виробничі потужності були відновлені, і обидва обігрівача прослужили більше трьох років.

Підсумовуючи, для 25% допуску на пару L_heater Менше або дорівнює L_min / 0,75
У резервуарах із плаваючими рівнями рідини виберіть довжину нагрівача L_heater так, щоб L_heater був меншим або дорівнював L_min_immersion / (1 – f), де f – дозволена частка пари (зазвичай 0,20–0,25), щоб запобігти перегріву зони випаровування. L_heater Менше або дорівнює 1,0 / 0.75=1.33 м для L_min=1.0 м. Якщо необхідна довжина довша, використовуйте нагрівач із не-рівномірною щільністю ват або ступінчасті нагрівачі, які є численними нагрівачами, що запускаються датчиками рівня. Довший термін служби нагрівача та менший час простою окупають витрати на етапування. Пройдуть місяці, перш ніж обігрівач з повною щільністю ват, який піддається впливу пари, вийде з ладу. Використовуйте невелику кількість електроенергії або взагалі не використовуйте її для захисту зони випаровування. Один довгий нагрівач на декількох рівнях не працює; постановка робить. Замість того, щоб прагнути до найвищого рівня, проектуйте для найнижчого. Коли в баку мало, нагрівач повинен терпіти. У цей момент це не вдається. Щоб захистити його, використовуйте стрижку або коротку довжину. Ваша партія буде вдячна.