Kako izračunati zahtevano dolžino grelnika PFA za rezervoar z najmanjšim nivojem tekočine 500 mm in največjim nivojem 2000 mm brez pregrevanja parnega območja?

Grelnik PFA, ki je predolg, bo imel prekomerno količino izpostavljeno območju hlapov pri nizkih nivojih tekočine v rezervoarju s spreminjajočimi se nivoji tekočine (kot so šaržna obdelava, uparjalniki ali rezervoarji za dušenje), kar vodi do pregrevanja in zgodnje okvare. Najnižja raven tekočine-namesto največje-določa potrebno dolžino grelnika. Varna zasnova ohranja izpostavljeni del grelnika (območje pare) na ali manj kot 20–25 % njegove celotne dolžine. Največja dolžina grelnika je 500 / (1 – 0,25)=667 mm za minimalni nivo tekočine 500 mm. To zagotavlja, da izpostavljeni del deluje pri nižji površinski temperaturi in da ostane vsaj 75 % grelnika potopljenega na najnižjo raven. Namestite več razmaknjenih grelnikov ali uporabite grelnik z ne-enotno gostoto vatov (nižja izhodna moč v zgornjem območju), če je za dosledno ogrevanje pri največji polnitvi potreben daljši grelnik.

Mehanizem pregrevanja parnega območja
Koeficient prepustnosti toplote (h) v območju tekočine je običajno med 500 in 5000 W/m²·K. H se zmanjša na 10–100 W/m²·K v območju pare (zrak, para ali kisla para). Površinska temperatura v območju pare grelnika z enakomerno vatno gostoto q (W/cm²) je T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 stopinj je nemogoče za q=3 W/cm² (30.000 W/m²) in h_vapor=30 W/m²·K. Temperatura plašča PFA lahko še vedno preseže 250–350 stopinj, kar bi lahko povzročilo taljenje ali resne poškodbe, čeprav se grelec dejansko samo-regulira, ko upor narašča s temperaturo. Ker je toplotni tok varnega območja pare manjši ali enak 1,0 W/cm², mora biti q_vapor manjši ali enak 10.000 W/m². q_vapor=q_tekočina za enakomerno gretje. Da bi zagotovili, da je efektivna površina odvajanja toplote v parnem območju dovolj velika, da zniža dejanski tok, je edina metoda za ohranjanje varnega parnega območja omejitev deleža izpostavljenega grelnika. Vendar pa izpostavljeni del še vedno proizvaja enako količino električne energije na enoto dolžine, če ima grelec enakomerno gostoto v vatih. Dvig temperature je odvisen od fiksne h_vapor. Namesto tega se lahko uporabi daljši grelnik z enako skupno močjo, da se zmanjša gostota vatov (q) v celotnem grelniku. q=P / (π × D × L) za nastavljeno skupno moč P in dolžino L. Q se sorazmerno zmanjšuje, ko L narašča.

Metoda za določanje najmanjše dolžine grelnika Naj:

L_min je najnižja raven tekočine v milimetrih.

L_heater je celotna dolžina grelnika (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=odstotek izpostavljenosti=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design je vatna gostota (W/cm²), določena s površino in skupno močjo.

Toplotni tok območja pare mora biti manjši ali enak q_max_vapor=1.0 W/cm² za varno delovanje območja pare. Po drugi strani pa parno območje doživi enak q, če ima grelec enakomeren q. Posledično mora biti grelnik izdelan z majhnim izpostavljenim delom ali nizkim skupnim q, tako da je tudi izpostavljeni del varen. Najbolj smiselna strategija je zmanjšanje f_exposed na manj kot ali enako 0,25 in načrtovanje z nizkim skupnim q (manj kot ali enako 1,5 W/cm²).

Splošno pravilo je L_heater < L_min / (1 – f_max), kjer je f_max največja dovoljena izpostavljena frakcija (običajno med 0,20 in 0,25). L_heater Manjši ali enak 500 / 0.75=667 mm za L_min=500 mm.

Dolžina grelnika, potrebna za različne nivoje
Najmanjša raven tekočine (mm) Najvišja raven tekočine (mm) Predlagana dolžina grelnika (mm) Najmanjša raven izpostavljene frakcije (%) Skupni q (W/cm²) pri 6 kW, 25 mm OD Varnost območja pare 500 2,000 650 23 % 4,7 (previsoko) Nevarno, razen če se q zmanjša 500 2,000 1,200 58% 2,5 Nevarno (izpostavljeno previsoko) 500 2,000 650 (samo pri 3 kW) 23% 2,35 Sprejemljivo (q nizek) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Mejno (q pri meji) 800 2,000 1,200 (z zmanjšano močjo) 33 % 2,0 (zmanjšano) Sprejemljivo 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Dobro
Več zamaknjenih grelnikov je odgovor, če je potrebna dolžina grelnika za popolno pokritost na najvišji ravni znatno daljša od varne dolžine na minimalni ravni. Na primer, postavite srednje grelo (1.200 mm) višje, dolgo grelo (2.000 mm) na vrh in kratko grelo (650 mm) na dno. Ko je raven nizka, deluje samo spodnji grelec; ko je poln, delajo vsi.

Primer na terenu
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. Noben grelnik nikoli ni videl več kot 20 % izpostavljenosti. Vsi trije grelci so zdržali 5+ let.

Ne-enotna vatna gostota kot alternativa
Če številni grelniki niso izvedljivi, določite en sam grelnik z ne-enakomerno gostoto vatov: zgornjih 30 % dolžine grelnika zagotavlja samo 20 % moči na enoto dolžine, medtem ko spodnjih 70 % proizvede 80 %. To lahko storite tako, da spremenite korak uporovne žice (glejte člen #25). Izpostavljeno zgornje območje ima zmanjšan toplotni tok na minimalni ravni, kar znižuje površinsko temperaturo. Čeprav ta zasnova poveča proizvodne stroške za 20–30 %, omogoča, da en sam grelec obravnava različne nastavitve.

Za zaključek, dolžina osnovnega grelnika z najmanjšo ravnjo tekočine 20–25 % dovoljene izpostavljenosti
Da bi se izognili pregrevanju parnega območja, je treba dolžino grelnika PFA za rezervoar s spreminjajočim se nivojem tekočine določiti na podlagi najmanjše ravni tekočine, ne največje. Varna zasnova ohranja delež izpostavljenosti na ali pod 20–25 % na minimalni ravni. Največja dolžina grelnika je 650–670 mm pri najmanjši ravni 500 mm. Uporabite ne-grelnik z enakomerno gostoto vatov ali več zamaknjenih grelnikov, če je za enakomernost postopka potreben daljši grelec. V nekaj mesecih se bo en sam dolg grelnik z visoko izpostavljeno frakcijo pokvaril. Toleranca izpostavljenosti grelnika se ne spreminja kot nivo. Dodajte odvečnost ali velikost za najslab-primer. Najnižja stopnja, ne najvišja, določa, kako dolgo bo vaš grelnik zdržal.