כיצד לחשב את אורך מחמם PFA הנדרש עבור מיכל עם רמת נוזל מינימלית של 500 מ"מ ורמה מקסימלית של 2,000 מ"מ ללא התחממות יתר של אזור האדים?

מחמם PFA ארוך מדי תהיה חשופה לכמות מוגזמת לאזור האדים ברמות נוזלים נמוכות במיכל עם רמות נוזלים משתנות (כגון עיבוד אצווה, מאיידים או מיכלי כיבוי), מה שיוביל להתחממות יתר ולכשל מוקדם. רמת הנוזל המינימלית-ולא המקסימום- קובעת את אורך המחמם הדרוש. עיצוב בטוח שומר על החלק החשוף (אזור האדים) של המחמם ב-20-25% או מתחת לאורכו הכולל. אורך המחמם המרבי הוא 500 / (1 – 0.25)=667 מ"מ עבור מפלס נוזל מינימלי של 500 מ"מ. זה מבטיח שהחלק החשוף פועל בטמפרטורת פני שטח נמוכה יותר ושלפחות 75% מהמחמם יישאר שקוע ברמה הנמוכה ביותר. התקן מספר תנורי חימום מרווחים או השתמש בתנור חימום עם צפיפות וואט לא אחידה- (הספק נמוך יותר באזור העליון) אם נדרש מחמם ארוך יותר לחימום עקבי במילוי מקסימלי.

מנגנון של התחממות יתר של אזור האדים
מקדם העברת החום (h) באזור הנוזל הוא בדרך כלל בין 500 ל-5,000 W/m²·K. H יורד ל-10-100 W/m²·K באזור האדים (אוויר, קיטור או אדי חומצה). טמפרטורת פני השטח באזור האדים של מחמם עם צפיפות וואט אחידה q (W/cm²) היא T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080℃בלתי אפשרי עבור q=3 W/cm² (30,000 W/m²) ו-h_vapor=30 W/m²·K. טמפרטורת מעטפת ה-PFA עדיין יכולה לעלות על 250-350 מעלות, מה שעלול לגרום להתכה או לנזק רציני, למרות שהמחמם באמת -מווסת בעצמו ככל שההתנגדות עולה עם הטמפרטורה. מכיוון ששטף החום של אזור האדים הבטוח קטן או שווה ל-1.0 W/cm², q_vapor חייב להיות קטן או שווה ל-10,000 W/m². q_vapor=q_liquid למחמם אחיד. על מנת להבטיח שאזור פיזור החום האפקטיבי באזור האדים גדול מספיק כדי להוריד את השטף בפועל, השיטה היחידה לשמור על בטיחות אזור האדים היא להגביל את חלק החימום שנחשף. עם זאת, החלק החשוף עדיין מייצר את אותה כמות חשמל ליחידת אורך בתנאי שלמחמם יש צפיפות וואט אחידה. עליית הטמפרטורה תלויה ב-h_vapor הקבוע. במקום זאת, ניתן להשתמש בתנור חימום ארוך יותר עם אותו הספק כולל כדי להפחית את צפיפות הוואטים (q) בכל גוף החימום. q=P / (π × D × L) עבור הספק כולל P ואורך L. Q יורד באופן יחסי ככל ש-L גדל.

שיטה לקביעת אורך המחמם המינימלי תן:

L_min היא רמת הנוזל הנמוכה ביותר במילימטרים.

L_heater הוא האורך הכולל של המחמם (מ"מ).

f_exposed=L_exposed / L_heater=אחוז חשוף=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design היא צפיפות הוואט (W/cm²) שנקבעת לפי שטח הפנים וההספק הכולל.

שטף החום של אזור האדים צריך להיות פחות או שווה ל-q_max_vapor=1.0 W/cm² לתפקוד בטוח של אזור האדים. מצד שני, אזור האדים חווה את אותו q אם למחמם יש q אחיד. כתוצאה מכך, המחמם חייב להיות בנוי עם שבר חשוף זעיר או סך q נמוך כך שאפילו החלק החשוף בטוח. האסטרטגיה ההגיונית ביותר היא להפחית את f_exposed ל-Less of שווה ל-0.25 ולעצב עם q כולל נמוך (פחות או שווה ל-1.5 W/cm²).

ככלל, L_heater < L_min / (1 – f_max), כאשר f_max הוא החלק המקסימלי החשוף המותר (בדרך כלל בין 0.20 ל-0.25). L_heater פחות או שווה ל-500 / 0.75=667 מ"מ עבור L_min=500 מ"מ.

אורך המחמם הדרוש למצבי רמה שונים
רמה מינימלית של נוזל (מ"מ) רמה מקסימלית של נוזל (מ"מ) אורך מחמם מוצע (מ"מ) רמה מינימלית שבר חשוף (%) סה"כ q (W/cm²) ב-6 קילוואט, 25 מ"מ OD בטיחות אזור אדים 500 2,000 650 23% 4.7 (גבוה מדי) לא בטוח אלא אם כן{5}}},{7} מופחת 2.5 לא בטוח (נחשף גבוה מדי) 500 2,000 650 (עם 3 קילוואט בלבד) 23% 2.35 מקובל (ש נמוך) 800 2,000 1,000 20% 3.0 שולי (q במגבלה) 800 2,{{0)} (3% מורד) (derated) (3%,2). מקובל 1,000 3,000 1,250 20% 2.4 טוב
תנורי חימום מרובים מדורגים הם התשובה אם אורך המחמם הדרוש לכיסוי מלא ברמה המקסימלית ארוך משמעותית מהאורך הבטוח ברמה המינימלית. לדוגמה, הצב תנור חימום בינוני (1,200 מ"מ) גבוה יותר, דוד ארוך (2,000 מ"מ) בחלק העליון ותנור חימום קצר (650 מ"מ) בתחתית. כאשר המפלס נמוך, רק המחמם התחתון עובד; כאשר הוא מלא, כולם עובדים.

דוגמה בשטח
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 מ"מ. אף דוד מעולם לא ראה יותר מ-20% חשיפה. כל שלושת המחממים החזיקו מעמד 5+ שנים.

צפיפות וואט לא- אחידה כחלופה
אם מספר תנורי חימום אינם מעשיים, ציין דוד יחיד עם צפיפות וואט לא- אחידה: ה-30% העליונים מאורך המחמם מספקים רק 20% מההספק ליחידת אורך, בעוד שה-70% התחתונים מייצרים 80%. ניתן לבצע זאת על ידי שינוי הגובה של חוט ההתנגדות (ראה מאמר מס' 25). באזור העליון החשוף יש ירידה בשטף החום ברמה מינימלית, מה שמוריד את טמפרטורת פני השטח. למרות שעיצוב זה מגדיל את עלויות הייצור ב-20-30%, הוא מאפשר למחמם יחיד להתמודד עם הגדרות שונות.

לסיכום, אורך מחמם בסיס עם רמת נוזל מינימלית של 20-25% קצבת חשיפה
כדי למנוע התחממות יתר של אזור האדים, יש לקבוע את אורכו של מחמם PFA עבור מיכל עם מפלס נוזל משתנה מרמת הנוזל המינימלית, ולא מהמקסימום. עיצוב בטוח שומר על אחוז החשיפה ב-20-25% או מתחת לרמה המינימלית. אורך המחמם המרבי הוא 650–670 מ"מ ברמה מינימלית של 500 מ"מ. השתמש בתנור חימום לא- בצפיפות וואט אחידה או בכמה מחממים מדורגים אם נדרש מחמם ארוך יותר לאחידות התהליך. בתוך חודשים יתקלקל מחמם אחד ארוך עם שבר חשוף גבוה. סבילות החשיפה של המחמם אינה משתנה בהתאם למפלס. הוסף יתירות או הגדל אותה לתרחיש הגרוע ביותר-. הרמה הנמוכה ביותר, לא הגבוהה ביותר, קובעת כמה זמן המחמם שלך יחזיק מעמד.