Хімічний завод замінив занурювальний нагрівач PTFE у ванні для нанесення покриттів після дев’яти місяців експлуатації. Та сама модель нагрівача прослужила чотири роки в подібному резервуарі на іншому підприємстві. Різниця полягала в концентрації розчинених твердих речовин. Невдала установка запустила ванну з 350 г/л розчинених солей, тоді як успішна установка працювала з 120 г/л. Вища концентрація твердих речовин збільшила в’язкість і зменшила теплопровідність рідини, знизивши безпечну густину ват.
Розчинені тверді речовини впливають на теплообмін двояко. Вони підвищують в'язкість рідини, що потовщує тепловий прикордонний шар на поверхні нагрівача. Вони також зменшують теплопровідність рідини, що знижує швидкість, з якою тепло рухається через рідину. Сукупний ефект полягає в зниженні коефіцієнта конвективної теплопередачі та вищій температурі поверхні нагрівача для будь-якої заданої щільності в ватах.
Як розчинені тверді речовини змінюють властивості рідини
Зі збільшенням концентрації розчинених твердих речовин рідина стає більш в’язкою та менш теплопровідною. Збільшення в'язкості є приблизно лінійним залежно від концентрації для більшості солей. Зменшення теплопровідності є меншим, але все ще вимірним.
Ванна для покриття з 300 г/л розчинених солей може мати в’язкість у два-три рази в’язкість води за тієї самої температури. Теплопровідність може бути на 10-15% нижчою. Коефіцієнт конвективної тепловіддачі, який залежить від обох властивостей, може бути на 25-40% нижчим, ніж у води.
| Розчинені тверді речовини | Відносна в'язкість | Відносна теплопровідність | Коефіцієнт конвекції проти води | Безпечна щільність |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 Вт/см² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 Вт/см² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 Вт/см² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 Вт/см² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 Вт/см² |
Концентрація розчинених твердих частинок та її вплив на властивості рідини та безпечну щільність у Ваттах
Чому одна і та сама модель нагрівача виходить з ладу при високому вмісті твердих речовин
Нагрівач, який працює на рівні 1,2 Вт/см² у ванні з низьким вмістом-твердих частинок, може мати температуру поверхні на 15–18 градусів вище температури рідини. Той самий нагрівач у ванні з високим-твердим вмістом може мати поверхневу температуру на 25–35 градусів вище основної температури. Вища температура поверхні прискорює проникнення, окислення та відкладення накипу.
Більш висока температура поверхні також збільшує рушійну силу для осадження. Розчинені солі, близькі до рівня насичення при об’ємній температурі, можуть перевищувати рівень насичення на поверхні нагрівача. Вони осідають на поверхні, утворюючи шар накипу, який додає термічний опір і ще більше підвищує температуру поверхні.
Практичні обмеження щільності ват для ванн із високим-твердим вмістом
Для ванн із вмістом розчинених твердих частинок понад 250 г/л безпечна щільність ват становить 0,8–1,0 Вт/см² за умов помірного хвилювання. Для ванн понад 350 г/л обмеження знижується до 0,6–0,8 Вт/см². Ці значення передбачають обмеження температури поверхні нагрівача 100–110 градусів.
| Розчинені тверді речовини | температура | Безпечна щільність | Площа поверхні для 5 кВт | Очікуваний термін служби |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 градусів | 1,4 Вт/см² | 3571 см² | 4–6 років |
| 100–200 g/L | 60 градусів | 1,2 Вт/см² | 4167 см² | 3–4 роки |
| 200–300 g/L | 60 градусів | 1,0 Вт/см² | 5000 см² | 2–3 роки |
| 300–400 g/L | 60 градусів | 0,8 Вт/см² | 6250 см² | 18–30 місяців |
| >400 g/L | 60 градусів | 0,6 Вт/см² | 8333 см² | 12–24 місяці |
Вимоги до безпечної щільності ват і площі поверхні залежно від концентрації розчинених твердих речовин
Вимірювання розчинених твердих речовин
Концентрацію розчинених твердих речовин можна виміряти шляхом випаровування зразка ванни та зважування залишку. Вимірювання слід проводити при робочій температурі або скоригувати до робочої температури.
Кондуктометр забезпечує швидку оцінку розчинених твердих речовин. Провідність корелює з концентрацією для більшості ванн для покриття. Співвідношення слід відкалібрувати для конкретного хімічного складу ванни.
Коли стандартні обігрівачі не відповідають вимогам щодо щільності ват
Ванни з високим-твердим вмістом покриття з високими вимогами до потужності та обмеженим периферійним простором часто не можуть вмістити стандартні занурювальні нагрівачі з PTFE з низькою щільністю ват, що вимагає хімія. Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з ПТФЕ з великою площею поверхні, низькою щільністю ват і оптимізованою -позицією потоку усуває основну причину невідповідності щільності ват. Процес специфікації вимагає концентрації розчинених твердих речовин, робочої температури, розмірів бака, умов потоку та необхідної потужності. Для об’єктів із ваннами з високим-твердим вмістом цей-спеціальний підхід зменшує деградацію покриття та продовжує термін служби нагрівача.
