Co powoduje lokalne gorące punkty wokół grzałek zanurzeniowych PTFE i jak je wyeliminować?

Części poddane obróbce w poszczególnych częściach zbiornika wykazują oznaki przepalenia, odbarwienia lub szybszego zabrudzenia, natomiast te same części w innych częściach zbiornika odpowiadają normom. Mapowanie termiczne za pomocą zestawu termopar lub obrazowanie w podczerwieni pokazuje, że temperatura zmienia się o 15–25 stopni w promieniu 150 mm od osłony grzałki zanurzeniowej z PTFE. Grzejnik działa w ramach swoich ograniczeń znamionowych, jednak nadal dochodzi do miejscowego przegrzania. Inżynierowie procesowi i projektanci zbiorników muszą znaleźć mechanizmy-dynamiczne płynów, które powodują problem, a następnie wprowadzić określone zmiany w obiegu, aby przywrócić normalną temperaturę i chronić jakość produktu.

Najbardziej strome gradienty termiczne są spowodowane dużą gęstością mocy na powierzchni grzejnika. Osłony PTFE utrzymują temperaturę zewnętrzną poniżej 150 stopni, ale gdy moc jest skupiona na małej powierzchni, temperatura warstwy granicznej szybko rośnie. W każdym obszarze stojącym warstwa płynu obok osłony zbliża się do temperatury osłony, podczas gdy płyn masowy pozostaje chłodniejszy. Miejscowe przegrzanie niszczy-substancje chemiczne wrażliwe na ciepło, powoduje natychmiastowe odkładanie się kamienia na grzejniku i skraca żywotność PTFE poprzez poddawanie go powtarzalnym naprężeniom termicznym.

Mieszanie nie przebiega dobrze, gdy przepływ nie jest równomiernie rozłożony. Ogrzany płyn unosi się wzdłuż osłony, ale nie rozprzestrzenia się po całym zbiorniku. Jeśli nie zapewnisz przepływu, ciepła warstwa zgromadzi się w kieszeniach w pobliżu grzejnika lub na powierzchni, powodując niedogrzanie dolnych stref. Ruch ten jest spowodowany wyłącznie konwekcją naturalną, ale jego prędkość jest nadal niska-zwykle poniżej 0,1 m/s w płynach o umiarkowanej lepkości-więc nie może przedostać się przez geometrię zbiornika ani bariery lepkościowe. Rezultatem są gorące punkty, które pozostają w tym samym miejscu, w którym dotyka produkt.

Decyzje dotyczące miejsca umieszczenia grzejników pogarszają problem. Kiedy zbyt wiele jednostek jest zainstalowanych zbyt blisko siebie, tworzą one nakładające się warstwy bariery termicznej, które wzmacniają się nawzajem pomiędzy elementami. Umieszczenie czegokolwiek bliżej niż 200 mm od ścian zbiornika lub elementów konstrukcyjnych utrudnia działanie dróg przepływu powrotnego, co tworzy martwe strefy dla recyrkulacji. W obu konfiguracjach planowany, równomierny dopływ ciepła rozkłada się na małe obszary przegrzania, które zawsze wykrywa mapowanie termiczne.

Naturalna konwekcja jest początkowo dobra do równomiernego rozprowadzania ciepła, ale tworzy również stabilne, warstwowe warstwy w wysokich zbiornikach lub przy minimalnym mieszaniu. Cieplejszy, mniej gęsty płyn pozostaje nad chłodniejszymi warstwami, tworząc pionowe gradienty 5–10 stopni na metr. Warstwy te pozostają razem, dopóki zewnętrzne źródło energii nie zniszczy granicy gęstości. Wynikająca z tego niejednorodność temperatury jest bezpośrednio związana z wadami produktu zaobserwowanymi w niektórych kwadrantach zbiornika.

Praktyczne wspomaganie krążenia pozwala pozbyć się tych mechanizmów u ich źródła. Kiedy wirniki są umieszczone na górze lub z boku grzejnika, zapewniają turbulentny przepływ, który stale omiata powierzchnię grzejnika i miesza płyn z objętością objętościową. Pompy recyrkulacyjne to opcja kontrolowana i charakteryzująca się niskim-ścinaniem. Dodanie skromnej pompy recyrkulacyjnej pobierającej wodę z dołu i powracającej do góry to typowy sposób rozwiązania problemu rozwarstwienia. To rozbija warstwy gęstości i wyrównuje temperaturę w ciągu kilku minut.

Obniżenie gęstości watów idzie w parze z poprawą krążenia. Dłuższe elementy grzejne lub kilka jednostek o niższej-watowej-gęstości rozkładają tę samą moc na większym obszarze, co sprawia, że ​​różnice temperatur między powierzchnią a płynem są bardziej równomierne. Przesunięcie istniejących grzejników w stronę linii środkowej zbiornika i z dala od barier przywraca czyste kanały przepływu i zapobiega zatykaniu się warstwy granicznej. Strategiczne przegrody pomagają jeszcze bardziej przemieszczać płyn po gorących powierzchniach. W rzeczywistości strategicznie umieszczona prosta przegroda może pozbyć się gorącego obszaru, który stale powraca, poprzez zmianę kierunku przepływu przez powierzchnię grzejnika.

Proces wdrażania tych środków ostrożności rozpoczyna się od projektu. Modelowanie obliczeniowej dynamiki płynów może określić, jak szybko i jak gorące będą rzeczy, zanim je zrobisz. Pozwala to znaleźć najlepsze miejsca na grzałkę, pompę, przegrodę i prędkość mieszania. Po instalacji mapa termiczna pokazuje, że objętość robocza jest jednolita w zakresie ± 2 stopni. Regularne ponowne-mapowanie po zmianach w procesie, takich jak zmiany lepkości lub poziomu cieczy, utrzymuje wydajność.

Zamiast po prostu tuszować objawy, zmniejszenie gęstości mocy, przeniesienie grzejników i zainstalowanie przegród lub pomp rozwiązuje problemy-dynamiczne z płynem. Zatem miejscowe przegrzanie, mapowanie termiczne, rozkład przepływu, konwekcja naturalna i wzmocnienie cyrkulacji składają się na cały system utrzymujący równą temperaturę. Nawet w trudnych sytuacjach, gdy w grę wchodzą płyny-o dużej lepkości, ogromne objętości zbiorników lub rygorystyczne kryteria produktu, stałą temperaturę można osiągnąć dzięki odpowiedniemu projektowi i rozmieszczeniu. Inżynierowie procesu i projektanci zbiorników stosujący te zasady przekształcają możliwe problemy z jakością i uszkodzenia grzałki w jednolite, powtarzalne parametry termiczne we wszystkich instalacjach grzałki zanurzeniowej z PTFE.