Хімічний завод втратив занурювальний нагрівач із PTFE потужністю 6 кВт, коли робоче колесо рециркуляційного насоса зносилося, а потік впав приблизно на 60%. Масова температура рідини залишалася в межах 3 градусів від заданого значення. Контролер не бачив проблеми. Але температура поверхні нагрівача перевищила точку, коли рідина на поверхні почала випаровуватися. Утворилася парова оболонка, передача тепла порушилася, а PTFE за кілька годин утворився пухирями та тріщинами.
Парове покриття є найбільш раптовим способом відмови для занурювального нагрівача з PTFE. На відміну від проникнення або втоми, які розвиваються місяцями, ковдра може знищити обігрівач за одну зміну. Тригером майже завжди є падіння швидкості потоку на поверхні нагрівача-умова, яка визначає, чи може тепло покинути нагрівач достатньо швидко, щоб залишатися нижче точки кипіння рідини.
Чому парова захисна оболонка відбувається перед об’ємним кип’ятінням
Масове кипіння відбувається, коли вся рідина досягає точки кипіння. Парове покриття відбувається на поверхні нагрівача, тоді як маса рідини залишається значно нижче температури кипіння. Механізм простий: температура поверхні нагрівача завжди вища за температуру об’ємної рідини. Якщо різниця досить велика, рідина, що контактує з нагрівачем, досягає точки кипіння, навіть якщо навколишня рідина цього не робить.
Для води з температурою 80 градусів температура кипіння становить 100 градусів при атмосферному тиску. Нагрівач, що працює на 25 градусів вище основного, знаходиться на 105 градусів -вище за місцеву температуру кипіння. На поверхні нагрівача утворюються бульбашки пари. Якщо потік достатній, бульбашки відриваються і згортаються в більш холодній масі рідини. Якщо потік слабкий, бульбашки зливаються в парову оболонку, яка ізолює нагрівач.
Коли ковдра утворюється, тепловіддача руйнується. Температура поверхні нагрівача різко підвищується, часто протягом декількох секунд, до діапазону деградації PTFE. Полімер розм’якшується, пузириться, тріскається. Збій незворотний.
| Швидкість потоку в нагрівачі | Нагрівач ΔT при 1,2 Вт/см² | Температура нагрівача 80 градусів | Ризик парового покриття | Мінімальна безпечна швидкість |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6-10 град | 86–90 градусів | жодного | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10-15 градусів | 90-95 градусів | Низький | Адекватний |
| 0.15–0.3 m/s | 15-22 градуси | 95-102 градуси | Помірний | Маргінальний |
| 0.05–0.15 m/s | 22-35 градусів | 102-115 градусів | Високий | Нижче мінімуму |
| <0.05 m/s | 35-50 градусів | 115-130 градусів | Дуже високий | Небезпечно |
Швидкість потоку та ризик утворення пари для занурювальних нагрівачів з PTFE у водних ваннах при 80 градусах
Мінімальний поріг швидкості
Мінімальна швидкість потоку, необхідна для запобігання утворенню пари, залежить від рідини, щільності в ватах і об’ємної температури. Для водяних- ванн із температурою 60–80 градусів і щільністю ват 1,0–1,5 Вт/см², швидкості поверхні нагрівача щонайменше 0,15 м/с зазвичай достатньо, щоб відокремити бульбашки пари до того, як вони об’єднаються.
Нижче 0,15 м/с межа швидко звужується. При 0,1 м/с зазор між нагрівачем- та -об’ємним зазором може перевищувати 25 градусів, підштовхуючи температуру поверхні нагрівача до місцевої точки кипіння у ваннах вище 70 градусів. При 0,05 м/с-ефективно застійний-зазор може перевищувати 40 градусів, а парове покриття починається у ваннах вище 60 градусів.
Для в’язких рідин мінімальна швидкість вище. Рідина з в’язкістю в три рази більшою за воду вимагає приблизно 1,5-кратної швидкості для досягнення такої ж товщини граничного шару. Для сульфамату нікелю при 55 градусах мінімальна швидкість для безпечної роботи при 1,2 Вт/см² становить приблизно 0,25 м/с.
| Тип рідини | В'язкість при робочій температурі | Мінімальна швидкість 1,0 Вт/см² | Мінімальна швидкість 1,5 Вт/см² |
|---|---|---|---|
| вода | 0,5 мПа·с | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Розведена кислота | 0,7 мПа·с | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Ватт нікель | 2,0 мПа·с | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Сульфамат нікелю | 3,5 мПа·с | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Безелектричний нікель | 4,5 мПа·с | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Мінімальна швидкість потоку для запобігання утворенню пари в установках занурювальних нагрівачів з PTFE
Чому вимірювання-потоку рівня в резервуарі вводять в оману
Швидкість потоку на поверхні нагрівача майже завжди нижча за-середню швидкість бака. Розпірні труби та едуктори розташовані для переміщення рідини навколо заготовок, а не навколо нагрівачів. Нагрівач часто розміщується в кутку, за напрямною стійки або на стіні навпроти вхідного отвору, де місцева швидкість є часткою від середньої об’ємної.
Польові вимірювання в резервуарах із покриттям стабільно показують швидкість-рівня нагрівача на 30–70% нижчу за середню в резервуарі. У мертвих зонах зниження може становити 80–90%. Резервуар з номінальною швидкістю 0,3 м/с може мати лише 0,05–0,1 м/с на поверхні нагрівача.
Ось чому вимірювання рівня потоку-в баку не можна використовувати для перевірки безпечної роботи нагрівача. Вимірювання необхідно проводити в місці розташування нагрівача або нагрівач має бути розташований у відомій зоні високого -потоку з достатнім запасом.
Практичні заходи для підтримки безпечної швидкості
Розташуйте нагрівач на шляху основного потоку. Найвища швидкість і найбільш рівномірний потік відбуваються в центрі бака або безпосередньо на лінії входу циркуляції. Уникайте кутів, за перегородками та поблизу переливної герметики.
Використовуйте спеціальний едуктор або роздушну трубу, спрямовану на нагрівач. Маленьке сопло едуктора, розташоване на відстані 150-250 мм від нагрівача і спрямоване вздовж поверхні нагрівача, підвищує локальну швидкість до 0,3-0,5 м/с. Це найнадійніший спосіб підтримки безпечної швидкості нагрівача.
Встановіть реле потоку або датчик перепаду тиску, щоб виявити втрату циркуляції. Перемикач потоку в лінії нагнітання насоса відключає живлення нагрівача, якщо потік падає нижче безпечного порогу. Перемикач має бути незалежним від основної системи керування та потребувати ручного скидання.
Зменшіть щільність потужності в зонах низького-потоку. Якщо нагрівач повинен працювати в місці, де потік не може підтримуватися вище 0,15 м/с, щільність ват необхідно зменшити, щоб підтримувати температуру поверхні нагрівача нижче місцевої точки кипіння. У застійних зонах безпечна щільність ват становить 0,6–0,8 Вт/см².
Коли стандартні обігрівачі не можуть підтримувати безпечну швидкість
Ємності зі складним внутрішнім кріпленням і обмеженою циркуляцією часто не можуть забезпечити швидкість потоку, яка вимагає безпечної роботи нагрівача. Нагрівач, який добре працює в основному об’ємі резервуара, може втратити потік у кутку або за кріпленням.
Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE з-оптимізованою позицією для потоку, спеціальним ежектором і меншою щільністю в ватах усуває основну причину відсутності потоку. Процес специфікації вимагає розмірів бака, схеми циркуляції, положення нагрівача, хімічного складу ванни та необхідної потужності. Для об’єктів із кількома резервуарами цей-спеціальний підхід зменшує ризик утворення випарів і подовжує термін служби нагрівача.
