Umiestnenie dvoch výkonných PTFE ponorných ohrievačov príliš blízko seba v nádrži sa môže javiť ako efektívny spôsob koncentrácie vykurovacieho výkonu, ale toto usporiadanie môže vytvoriť medzi prvkami fluidnú-dynamickú mŕtvu zónu. Každý ohrievač generuje stúpajúci stĺpec ohriatej kvapaliny a keď sa tieto tepelné oblaky zrazia, zlúčia sa do jedného nestabilného vzoru prúdenia, ktorý vyhladí kvapalinu medzi ohrievačmi správnej cirkulácie.
V inžinierskej výzverozmiestnenie viacerých PTFE ohrievačov tepelné rušenie, nejde o elektrickú interakciu alebo sálavé vykurovanie. Skutočným problémom je narušený konvekčný tok. Nesprávne rozmiestnenie znižuje účinnosť prenosu tepla, zvyšuje teplotu plášťa a vytvára lokalizované horúce oblasti, ktoré skracujú životnosť ohrievača.
Ako PTFE ohrievač vytvára prirodzenú konvekciu
Vertikálny PTFE ponorný ohrievač prenáša teplo do okolitej kvapaliny predovšetkým konvekciou.
Keď sa kvapalina v blízkosti puzdra zahrieva:
Jeho hustota klesá
Tekutina stúpa nahor
Chladnejšia kvapalina je nasávaná dovnútra zospodu a zo strán
Vytvára sa nepretržitý cirkulačný oblak
Tento prirodzený konvekčný vzor umožňuje šírenie tepla v nádrži bez nutnosti núteného miešania.
Tvar a sila oblaku závisí od niekoľkých faktorov, vrátane:
Príkon ohrievača
Viskozita kvapaliny
Geometria nádrže
Teplota kvapaliny
Orientácia ohrievača
Ohrievače s vyšším príkonom vytvárajú rýchlejšie a širšie oblaky konvekcie, zatiaľ čo viskózne kvapaliny vytvárajú pomalšie a užšie vzory prúdenia.
Čo sa stane, keď sú ohrievače príliš blízko seba
Problémy začínajú, keď susedné ohrievače súťažia o rovnakú okolitú kvapalinu.
Konkurenčné vstupné zóny
Každý ohrievač vyžaduje prístup k chladnejšej kvapaline okolo svojej spodnej časti, aby sa udržala účinná konvekcia.
Ak je druhý ohrievač nainštalovaný príliš blízko:
Ich vstupné zóny sa prekrývajú
Prívod chladnej kvapaliny sa obmedzí
Rýchlosť prúdenia medzi ohrievačmi klesá
Obeh sa oslabuje
Ohrievače potrebujú svoj vlastný osobný priestor, aby fungovali efektívne.
Vytvorenie stagnujúcej horúcej kapsy
Keď je prúdenie konvekcie obmedzené, medzi ohrievačmi sa môže vytvoriť stagnujúca zóna.
Táto uväznená oblasť môže zažiť:
Znížený pohyb tekutín
Zvýšená lokálna teplota
Slabý prenos tepla
Znížené ochladzovanie povrchu plášťa
Keď koeficient prestupu tepla klesá, teplota PTFE plášťa stúpa, aj keď výkon ohrievača zostáva nezmenený.
Výsledok je často kontraproduktívny:
Nižšia celková účinnosť vykurovania
Zvýšené riziko lokálneho prehriatia
Zrýchlené starnutie plášťa
Väčšia tvorba kalu alebo vodného kameňa v procesných kvapalinách
Odporúčaná vzdialenosť medzi PTFE ohrievačmi
Na minimalizáciu tepelného rušenia sa bežne používa minimálna{0}}stredová vzdialenosť{1}}stredov.
Odporúčaná minimálna vzdialenosť
Odporúčaná vzdialenosť je vo všeobecnosti:
1,5 až 2-násobok vyhrievanej dĺžky prvku
Napríklad:
| Vyhrievaná dĺžka | Odporúčaná minimálna stredová vzdialenosť |
|---|---|
| 500 mm | 750–1000 mm |
| 1000 mm | 1500–2000 mm |
| 1500 mm | 2250–3000 mm |
Tento rozstup umožňuje každému ohrievaču vytvoriť nezávislý konvekčný oblak bez nadmernej interakcie.
Prečo táto vzdialenosť funguje
Pri tomto oddelení:
Každý ohrievač môže nezávisle nasávať chladnejšiu kvapalinu
Hladovanie toku je minimalizované
Konvekcia zostáva symetrická
Prenos povrchového tepla zostáva stabilný
Tepelné oblaky môžu stále interagovať v blízkosti hornej oblasti nádrže, ale spodný nasávací tok zostáva dostatočne izolovaný na efektívnu prevádzku.
Úvahy o hlbokých nádržiach
Veľmi hlboké procesné nádrže predstavujú ďalšie problémy s konvekciou.
Zlučovanie vlekov vo vysokých nádržiach
Keď ohriata kvapalina stúpa, oblak sa prirodzene rozširuje a spomaľuje.
V hlbokých nádržiach:
Vo vyšších nadmorských výškach sa vlečky rozširujú
Susedné chocholy sa môžu v hornej časti zlúčiť
Vzory horného obehu sa môžu stať nestabilnými
V prípade vysokých nádrží môže byť preto potrebný väčší rozostup, aj keď sa-oddelenie nižšej úrovne javí ako dostatočné.
Viskózne alebo vyhrievané kvapaliny
Zahriate kyseliny, pokovovacie roztoky a koncentrované chemikálie sa počas prevádzky často stávajú viskóznejšie alebo stratifikujú.
Vyššia viskozita znižuje prirodzenú cirkulačnú silu, vďaka čomu je adekvátna vzdialenosť ešte dôležitejšia.
Účinky tepelného rušenia na spoľahlivosť ohrievača
Zlé rozostupy ovplyvňujú viac ako samotný vykurovací výkon.
Zvýšená teplota plášťa
Obmedzený prietok znižuje účinok chladenia kvapaliny okolo povrchu ohrievača.
Dôsledky môžu zahŕňať:
Vyššia teplota plášťa
Zrýchlené starnutie PTFE
Vnútorné napätie vykurovacieho drôtu
Zvýšené riziko vyhorenia
Nerovnomerné rozloženie teploty v nádrži
Rušivé chocholy môžu vytvárať:
Miestne horúce miesta
Tepelná stratifikácia
Zóny pomalého ohrevu
Nekonzistentnosť procesov
Pri presných chemických procesoch môžu tieto teplotné zmeny ovplyvniť kvalitu produktu alebo kontrolu reakcie.
Alternatívne metódy zmiernenia
Keď veľkosť nádrže obmedzuje fyzické rozstupy, sekundárne metódy{0}}riadenia prietoku môžu niekedy znížiť rušenie.
Horizontálne priečky alebo prepážky
Horizontálna bariéra alebo vertikálna prepážka umiestnená medzi susednými ohrievačmi môže čiastočne izolovať ich prúdenie vzduchu.
Tieto štruktúry pomáhajú:
Presmerujte tok nasávania
Znížte kolíziu oblakov
Zlepšite stabilitu obehu
Účinnosť však do značnej miery závisí od:
Geometria nádrže
Vlastnosti tekutín
Hustota výkonu ohrievača
Umiestnenie ozvučnice
Prečo je fyzická separácia najlepšia
Hoci usmerňovače môžu zlepšiť podmienky lokalizovaného prúdenia, fyzický odstup zostáva najspoľahlivejším a najpredvídateľnejším riešením.
Prirodzená konvekcia funguje najlepšie, keď má každý ohrievač neobmedzený prístup k okolitej kvapaline.
Vplyv wattovej hustoty
Intenzita prúdenia vzduchu tiež silne závisí od wattovej hustoty ohrievača.
Ohrievače s vysokou-wattovou-hustotou
Agresívnejšie ohrievače vytvárajú:
Vyššia rýchlosť prúdenia vzduchu
Väčšie cirkulačné zóny
Silnejšia tepelná interakcia
Tieto systémy často vyžadujú väčší priestor.
Ohrievače s nízkou{0}}wattovou-hustotou
Konzervatívna hustota wattov produkuje:
Jemnejšia konvekcia
Menšia šírka oblaku
Znížená citlivosť na rušenie
To je jeden z dôvodov, prečo sa v nádržiach na korozívne chemikálie vo všeobecnosti uprednostňujú ohrievače PTFE s nízkou hustotou -wattov{1}}.
Odporúčania usporiadania pre viac{0}}ohrievacie nádrže
Praktické usporiadanie viacerých ohrievačov{0}} by malo brať do úvahy:
Vyhrievaná dĺžka ohrievača
Celkový výkon
Viskozita kvapaliny
Hĺbka nádrže
Metóda agitácie
Prítomnosť prekážok
Procesná teplota
Symetrické umiestnenie zvyčajne vytvára najstabilnejší cirkulačný vzor v nádrži.
Ak je to možné, ohrievače by sa tiež mali vyhýbať priamemu umiestneniu v blízkosti:
Rohy nádrže
Nasávacie otvory
Oblasti s hustým kalom
Vnútorné konštrukčné podpery
Záver
Správne rozmiestnenie viacerých PTFE ohrievačov je jednoduchý, ale mimoriadne dôležitý aspekt konštrukcie nádrže. Keď sú ohrievače inštalované príliš blízko seba, ich prirodzené prúdy konvekcie sa navzájom rušia, čím sa vytvárajú stagnujúce horúce oblasti so zlou cirkuláciou a zníženou účinnosťou prenosu tepla. Toto tepelné rušenie môže zvýšiť teploty plášťa, urýchliť opotrebovanie ohrievača a spôsobiť nerovnomerné zahrievanie nádrže.
Vzdialenosť medzi stredmi -k-približne 1,5 až 2-násobku vyhrievanej dĺžky vo všeobecnosti umožňuje, aby každý ohrievač fungoval nezávisle, udržiaval stabilný konvekčný tok a efektívne chladenie okolo povrchu plášťa. V hlbších nádržiach alebo vysoko viskóznych kvapalinách môže byť potrebné ešte väčšie oddelenie, aby sa zabránilo splývaniu oblakov v hornej oblasti nádrže.
Hoci usmerňovače a usmerňovače toku môžu niekedy znížiť vplyvy rušenia, fyzické oddelenie zostáva najspoľahlivejším riešením. Pri návrhu tepelného systému sa výkon často nezlepšuje pritlačením komponentov k sebe, ale tým, že každému prvku poskytne dostatok priestoru na dýchanie.
