Jak wybrać prawidłową długość podgrzewacza PFA dla zbiornika ze zmiennym poziomem cieczy, aby uniknąć przegrzania strefy parowej?

Podgrzewacze PFA poddawane są różnym głębokościom zanurzenia w zbiornikach o pływającym poziomie cieczy (przetwarzanie wsadowe, przerywane napełnianie, parowanie/zagęszczanie). Znaczna część grzejnika pracuje w strefie parowej, jeśli jest ona zbyt długa dla minimalnego poziomu cieczy, co może prowadzić do przegrzania, pogorszenia się PFA i przedwczesnej awarii. L_heater Mniejszy lub równy L_min_zanurzenie × (1 + f), gdzie f jest dopuszczalną proporcją grzejnika w parze (zwykle 15–25%), powinna być spełniona przez odpowiednią długość grzejnika L_heater. Idealna długość grzejnika dla zbiornika o minimalnym poziomie cieczy 1,0 m i maksymalnym 3,0 m wynosi 1,2–1,3 m (20–30% powyżej poziomu minimalnego). Szybka awaria spowoduje, że dłuższe grzejniki (2,0 m) będą miały 1,0 m odsłonięty na poziomie minimalnym. Użyj grzejnika o nierównomiernej gęstości watów (mniejsza moc u góry) lub kilku grzejników ustawionych według poziomu (niski, średni, wysoki), aby obsługiwać różne poziomy. Celem jest zapobieganie temperaturom PFA powyżej 180 stopni poprzez utrzymanie gęstości watów w strefie pary poniżej 0,5–1,0 W/cm².

Temperatura i gęstość mocy w strefie pary
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total) to moc w strefie pary z równomiernym grzejnikiem (stała gęstość watów na całej długości). q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=stała to strumień ciepła w strefie pary! Dlatego niezależnie od wielkości ekspozycji gęstość w watach w strefie pary jest dokładnie taka sama jak w strefie cieczy. To jest problem. Odsłonięta część grzejnika przeznaczona dla 3 W/cm² w cieczy doświadcza 3 W/cm². Temperatura powierzchni przy 3 W/cm² w parze (h=10–50 W/m²·K w porównaniu z. 1 000 w cieczy) wyniosłaby 600–3 000 stopni (niemożliwe). Drut oporowy nagrzewa się, PFA topi się lub włącza się wyłącznik termiczny, gdy grzejnik faktycznie-samoreguluje się. Tylko bardzo niski strumień ciepła w strefie pary-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Kryterium wyboru: Strumień ciepła strefy parowej powinien być mniejszy lub równy 1,0 W/cm². Dozwolona proporcja odsłonięta L_vapor/L_total dla grzejnika o całkowitej gęstości mocy q_total jest równa q_max_vapor/q_total. L_para/L_total=1.0/3.0=0.33 (dozwolona ekspozycja 33%) dla q_total=3 W/cm². Dlatego L_heater Mniejszy lub równy 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 m, jeśli minimalny poziom cieczy wynosi 1,0 m. Dla bezpieczeństwa w praktyce stosuj 20–25% ekspozycji.

Tabela doboru długości grzejnika
Maksymalny dopuszczalny udział pary q_total (W/cm²) Minimalny poziom cieczy (m) Maksymalny poziom cieczy (m) Maksymalna długość grzejnika (m) Sugerowana długość grzejnika (m) Konfiguracja
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Krótki grzejnik w zakresie poziomu minimalnego 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Dopuszczalny 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 Dobry 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Marginalny; stosować grzejniki stopniowane
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 W przypadku większej gęstości watów potrzebne są krótsze grzejniki
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Możliwe są dłuższe grzejniki przy niższej gęstości mocy.
Dowolny Dowolny Dowolny Dowolny 0,15 (konserwatywny) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Projekt konserwatywny
Grzejniki ze stopniami dla różnych poziomów
Pojedynczy grzejnik nie jest w stanie obsłużyć obu skrajności bez przegrzania na niskim poziomie, jeśli minimalny poziom wynosi 1,0 m, a maksymalny wynosi 4,0 m (4× wariancja). Skorzystaj z trzech warstwowych grzejników:

Grzejnik A jest krótki (1,2 m),-zamontowany nisko i stale używany (pokrywa go minimalny poziom).

Grzejnik B: średni (2,5 m), włącza się, gdy poziom jest większy niż 1,5 m

Grzejnik C jest długi (4,0 m) i włącza się, gdy poziom jest większy niż 2,5 m.

W oparciu o czujniki poziomu układ sterowania załącza grzałki. Tylko grzejnik A, który jest całkowicie zanurzony, działa na poziomie minimalnym (1,0 m). Funkcja A+B na środkowym poziomie. Wszystkie trzy działają na maksymalnym poziomie. Przy pełnej gęstości mocy w żadnym grzejniku nie występuje strefa parowa.

Alternatywą jest grzejnik o nierównomiernej gęstości watów, który ma małą moc u góry i dużą moc u dołu. Zaprojektuj górny odcinek 0,5 m na 0,5 W/cm² (wystawiony na niskim poziomie), a dolny 1,5 m na 3,5 W/cm² dla grzejnika 2,0 m. W tym celu konieczne jest niestandardowe uzwojenie (patrz artykuł #25). 20–30% droższe.

Przykład w terenie
Podczas cykli wsadowych poziom cieczy w wyparce chemicznej wahał się od 0,8 do 2,5 metra. Oryginalny grzejnik został zbudowany na maksymalny poziom i miał zmierzoną długość 2,4 metra.. 1.6 metry grzejnika były wystawione na działanie pary przy minimalnym progu (0,8 metra). Po trzech miesiącach PFA stał się brązowy i popękany w wyniku działania odsłoniętego obszaru przy mocy 3 W/cm² w powietrzu. Na swoim miejscu przy zakładzie zainstalowano grzejnik o głębokości 1,1 m (całkowicie zakopany nawet na minimalnym poziomie). Produkcja spadła, mimo że zmniejszono wielkość partii, aby utrzymać minimalny poziom nad podgrzewaczem. Następnie w zakładzie zainstalowano system etapowy z grzejnikiem o długości 2,0 m, który włączał się tylko wtedy, gdy poziom wody był większy niż 1,5 m, oraz grzejnikiem o długości 1,2 m, który był włączony stale. Para nie jest widoczna przez grzejnik o długości 1,2 m. Na niskim poziomie grzejnik 2,0 m nigdy nie jest włączony. Przywrócono moce produkcyjne, a oba grzejniki wytrzymały ponad trzy lata.

Podsumowując, dla 25% naddatku pary, L_heater Mniejszy lub równy L_min / 0,75
W zbiornikach ze zmiennym poziomem cieczy należy wybrać długość grzejnika L_heater tak, aby L_heater był mniejszy lub równy L_min_immersion / (1 – f), gdzie f jest dopuszczalną frakcją pary (zwykle 0,20–0,25), aby zapobiec przegrzaniu strefy parowej. L_heater Mniejszy lub równy 1,0 / 0.75=1.33 m dla L_min=1.0 m. Jeśli wymagana długość jest dłuższa, użyj-nagrzewnicy o niejednorodnej gęstości watów lub nagrzewnic stopniowanych, czyli wielu nagrzewnic uruchamianych przez czujniki poziomu. Dłuższa żywotność grzejnika i krótsze przestoje pokrywają koszty postoju. Miną miesiące, zanim grzejnik o pełnej mocy watowej wystawiony na działanie pary ulegnie awarii. Do ochrony strefy oparów należy używać niewielkiej mocy lub nie używać jej wcale. Pojedynczy długi grzejnik na kilku poziomach nie działa; inscenizacja tak. Zamiast dążyć do najwyższego poziomu, projektuj na najniższym. Gdy zbiornik jest niski, grzejnik musi wytrzymać. W tym momencie kończy się to niepowodzeniem. Użyj stopniowania lub krótkiej długości, aby go chronić. Twoja partia będzie wdzięczna.