Cum se calculează lungimea necesară a încălzitorului PFA pentru un rezervor cu un nivel minim de lichid de 500 mm și un nivel maxim de 2.000 mm fără supraîncălzirea zonei de vapori?

Un încălzitor PFA care este excesiv de lung va avea o cantitate excesivă expusă la zona de vapori la niveluri scăzute de lichid într-un rezervor cu niveluri de lichid în schimbare (cum ar fi procesarea în lot, evaporatoarele sau rezervoarele de stingere), ceea ce duce la supraîncălzire și defecțiune timpurie. Nivelul minim de lichid-mai degrabă decât cel maxim-determină lungimea necesară a încălzitorului. Un design sigur menține secțiunea expusă (zona de vapori) a încălzitorului la sau sub 20-25% din lungimea sa totală. Lungimea maximă a încălzitorului este de 500 / (1 – 0,25)=667 mm pentru un nivel minim de lichid de 500 mm. Acest lucru garantează că porțiunea expusă funcționează la o temperatură mai scăzută a suprafeței și că cel puțin 75% din încălzitor rămâne scufundat la cel mai scăzut nivel. Instalați mai multe încălzitoare distanțate sau utilizați un încălzitor cu o densitate de wați ne-uniformă (putere mai mică de ieșire în zona superioară) dacă este necesar un încălzitor mai lung pentru o încălzire constantă la umplere maximă.

Mecanismul supraîncălzirii zonei de vapori
Coeficientul de transmisie a căldurii (h) în zona lichidă este de obicei între 500 și 5.000 W/m²·K. H scade la 10–100 W/m²·K în zona de vapori (aer, abur sau vapori acizi). Temperatura suprafeței din zona de vapori a unui încălzitor cu o densitate uniformă în wați q (W/cm²) este T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 grade este imposibil pentru q=3 W/cm² (30.000 W/m²) și h_vapor=30 W/m²·K. Temperatura învelișului PFA poate depăși totuși 250-350 de grade , ceea ce poate duce la topire sau deteriorări grave, chiar dacă încălzitorul se auto--reglează pe măsură ce rezistența crește odată cu temperatura. Deoarece fluxul de căldură din zona de vapori sigură este mai mic sau egal cu 1,0 W/cm², q_vapor trebuie să fie mai mic sau egal cu 10.000 W/m². q_vapor=q_liquid pentru un încălzitor uniform. Pentru a ne asigura că aria de disipare a căldurii efective în zona de vapori este suficient de mare pentru a reduce fluxul real, singura metodă de a menține zona de vapori în siguranță este limitarea fracției de încălzire expusă. Cu toate acestea, partea expusă produce în continuare aceeași cantitate de electricitate pe unitate de lungime, cu condiția ca încălzitorul să aibă o densitate uniformă în wați. Creșterea temperaturii depinde de h_vaporul fix. Mai degrabă, un încălzitor mai lung cu aceeași putere totală poate fi utilizat pentru a reduce densitatea de wați (q) în întregul încălzitor. q=P / (π × D × L) pentru o putere totală stabilită P și lungime L. Q scade proporțional pe măsură ce L crește.

Metoda de determinare a lungimii minime a încălzitorului Fie:

L_min este cel mai scăzut nivel de lichid în milimetri.

L_heater este lungimea totală a încălzitorului (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=procente expus=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design este densitatea de wați (W/cm²) determinată de suprafața și puterea totală.

Fluxul de căldură din zona de vapori trebuie să fie mai mic sau egal cu q_max_vapor=1.0 W/cm² pentru funcționarea sigură a zonei de vapori. Pe de altă parte, zona de vapori experimentează același q dacă încălzitorul are q uniform. Ca rezultat, încălzitorul trebuie să fie construit cu o fracție expusă mică sau cu un q total scăzut, astfel încât chiar și porțiunea expusă să fie sigură. Cea mai sensibilă strategie este de a reduce f_exposed la Mai puțin sau egal cu 0,25 și de a proiecta cu un q global scăzut (mai mic sau egal cu 1,5 W/cm²).

Ca regulă generală, L_heater < L_min / (1 – f_max), unde f_max este fracția expusă maximă permisă (de obicei între 0,20 și 0,25). L_încălzitor Mai puțin sau egal cu 500 / 0.75=667 mm pentru L_min=500 mm.

Lungimea încălzitorului necesară pentru situații de niveluri diferite
Nivel minim de lichid (mm)Nivel maxim de lichid (mm)Lungimea recomandată a încălzitorului (mm) Nivel minim de fracție expusă (%)Total q (W/cm²) la 6 kW, 25 mm OD Siguranța zonei de vapori 500 2,000 650 23% 4,7 (prea mare)Nesigur dacă}}%,{{6} 2,5 Nesigur (expus prea mare) 500 2,000 650 (doar cu 3 kW) 23% 2,35 Acceptabil (q scăzut) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Marginal (q la limită) 800 2,{19}},{19}}, putere redusă (20,0)) (cu putere redusă 3%) Acceptabil 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Bine
Încălzitoarele multiple eșalonate sunt răspunsul dacă lungimea necesară a încălzitorului pentru o acoperire completă la nivelul maxim este semnificativ mai mare decât lungimea sigură la nivelul minim. De exemplu, plasați un încălzitor mediu (1.200 mm) mai sus, un încălzitor lung (2.000 mm) în partea de sus și un încălzitor scurt (650 mm) în partea de jos. Când nivelul este scăzut, funcționează doar încălzitorul inferior; cand este plina, toate functioneaza.

Exemplu în câmp
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. Niciun încălzitor nu a văzut vreodată o expunere mai mare de 20%. Toate cele trei încălzitoare au durat 5+ ani.

Densitatea de wați ne-uniformă ca alternativă
Dacă nu sunt posibile mai multe încălzitoare, specificați un singur încălzitor cu o densitate de wați ne-uniformă: 30% din lungimea superioară a încălzitorului furnizează doar 20% din puterea pe unitate de lungime, în timp ce 70% de jos produce 80%. Acest lucru poate fi realizat prin modificarea pasului firului de rezistență (vezi articolul #25). Zona superioară expusă are un flux de căldură scăzut la nivel minim, ceea ce scade temperatura suprafeței. Deși acest design crește costurile de producție cu 20-30%, permite unui singur încălzitor să gestioneze diferite setări.

În concluzie, lungimea încălzitorului de bază cu un nivel minim de lichid de 20–25% permisiunea de expunere
Pentru a evita supraîncălzirea zonei de vapori, lungimea unui încălzitor PFA pentru un rezervor cu nivel de lichid în schimbare trebuie determinată din nivelul minim de lichid, nu maxim. Un design sigur menține procentul expus la sau sub 20-25% la un nivel minim. Lungimea maximă a încălzitorului este de 650–670 mm la un nivel minim de 500 mm. Utilizați un încălzitor cu densitate de wați ne-uniformă sau mai multe încălzitoare eșalonate dacă este necesar un încălzitor mai lung pentru uniformitatea procesului. În decurs de luni, un singur încălzitor lung cu o fracție mare expusă se va defecta. Toleranța de expunere a încălzitorului nu se modifică la fel ca nivelul. Adăugați redundanță sau măriți-o pentru cel mai rău caz{12}. Nivelul cel mai scăzut, nu cel mai înalt, determină cât de mult va dura încălzitorul dumneavoastră.