Како израчунати потребну дужину ПФА грејача за резервоар са минималним нивоом течности од 500 мм и максималним нивоом од 2.000 мм без прегревања зоне паре?

ПФА грејач који је претерано дугачак ће имати прекомерну количину изложену зони паре при ниским нивоима течности у резервоару са променљивим нивоима течности (као што је обрада серије, испаривачи или резервоари за гашење), што ће довести до прегревања и раног квара. Минимални ниво течности-уместо максималног-одређује неопходну дужину грејача. Безбедан дизајн одржава изложени део грејача (зона паре) на или испод 20–25% његове укупне дужине. Максимална дужина грејача је 500 / (1 – 0,25)=667 мм за минимални ниво течности од 500 мм. Ово гарантује да изложени део ради на нижој површинској температури и да најмање 75% грејача остаје потопљено на најнижем нивоу. Инсталирајте неколико распоређених грејача или користите грејач са не-уједначеном густином у ватима (мања излазна снага у горњој зони) ако је потребан дужи грејач за доследно грејање при максималном пуњењу.

Механизам прегревања парне зоне
Коефицијент преноса топлоте (х) у зони течности је обично између 500 и 5.000 В/м²·К. Х се смањује на 10–100 В/м²·К у зони паре (ваздух, пара или кисела пара). Температура површине у зони паре грејача са уједначеном густином у ватима к (В/цм²) је Т_вапор=Т_амбијент + к / х_вапор. Т_вапор=80 + 30,000/30=1,080 степени је немогуће за к=3 В/цм² (30,000 В/м²) и х_вапор=30 В/м²·К. Температура омотача ПФА и даље може да пређе 250–350 степени, што би могло да доведе до топљења или озбиљног оштећења, иако се грејач заиста сам-регулише како отпор расте са температуром. Пошто је топлотни флукс зоне безбедне паре мањи или једнак 1,0 В/цм², к_вапор мора бити мањи или једнак 10.000 В/м². к_вапор=к_течност за уједначен грејач. Да би се осигурало да је ефективна површина расипање топлоте у зони паре довољно велика да смањи стварни флукс, једини метод за одржавање зоне паре је да се ограничи део изложеног грејача. Међутим, изложени део и даље производи исту количину електричне енергије по јединици дужине под условом да грејач има уједначену густину у ватима. Повећање температуре зависи од фиксне х_паре. Уместо тога, дужи грејач са истом укупном снагом се може користити за смањење густине вати (к) у целом грејачу. к=П / (π × Д × Л) за постављену укупну снагу П и дужину Л. К опада пропорционално како се Л повећава.

Метода за одређивање минималне дужине грејача нека:

Л_мин је најнижи ниво течности у милиметрима.

Л_хеатер је укупна дужина грејача (мм).

ф_екпосед=Л_екпосед / Л_хеатер=проценат изложености=(Л_хеатер – Л_мин) / Л_хеатер

к_десигн је густина вати (В/цм²) одређена површином и укупном снагом.

Топлотни ток парне зоне треба да буде мањи или једнак к_мак_вапор=1.0 В/цм² за безбедно функционисање зоне паре. С друге стране, зона паре доживљава исти к ако грејач има уједначен к. Као резултат тога, грејач мора бити направљен са малом изложеном фракцијом или малим укупним к тако да чак и изложени део буде безбедан. Најразумнија стратегија је да се ф_екпосед смањи на мање или једнако 0,25 и дизајн са ниским укупним к (мањим или једнаким 1,5 В/цм²).

Као опште правило, Л_хеатер < Л_мин / (1 – ф_мак), где је ф_мак максимално дозвољена изложена фракција (обично између 0,20 и 0,25). Л_грејач Мање или једнако 500 / 0.75=667 мм за Л_мин=500 мм.

Дужина грејача потребна за ситуације на различитим нивоима
Минимални ниво течности (мм)Максимални ниво течности (мм)Предложена дужина грејача (мм) Минимални ниво изложене фракције (%) Укупно к (В/цм²) при 6 кВ, ОД 25 мм Безбедност зоне паре 500 2,000 650 23% без 4,7 (до смањеног) Унсао 500 2,000 1,200 58% 2,5 Небезбедно (изложено превисоко) 500 2,000 650 (само са 3 кВ) 23% 2,35 Прихватљиво (к ниско) 800 2,000 1,000 20% 3,0 на граници) {{1{0}, {20} Маргинално,{1{0} (са смањеном снагом) 33% 2.0 (смањено) Прихватљиво 1,000 3,000 1,250 20% 2.4 Добро
Вишеструки распоређени грејачи су одговор ако је неопходна дужина грејача за потпуну покривеност на максималном нивоу знатно дужа од безбедне дужине на минималном нивоу. На пример, поставите средњи грејач (1.200 мм) више, дуги грејач (2.000 мм) на врху и кратак грејач (650 мм) на дну. Када је ниво низак, ради само доњи грејач; кад се напуни, сви раде.

Пример на терену
The minimum liquid level in a waste evaporator was 600 mm, while the highest was 2,500 mm. There was only one 2,000 mm PFA heater installed. 1,400 mm (70%) was exposed to vapor at the lowest level. Within three months, the heater broke down. The plant replaced it with three heaters: 600 mm (1.5 kW), 1,200 mm (2 kW), and 2,000 mm (2.5 kW), each with level sensors. The 600 mm heater only turned on when level >650 mm. The 2,000 mm heater only turned on when level >1.800 мм. Ниједан грејач никада није имао више од 20% изложености. Сва три грејача су трајала 5+ година.

Не-уједначена густина вати као алтернатива
Ако бројни грејачи нису изводљиви, наведите један грејач са не-уједначеном густином у ватима: горњих 30% дужине грејача обезбеђује само 20% снаге по јединици дужине, док доњих 70% производи 80%. Ово се може урадити променом нагиба отпорне жице (погледајте члан #25). Изложена горња површина има смањен топлотни ток на минималном нивоу, што снижава температуру површине. Иако овај дизајн повећава трошкове производње за 20–30%, он омогућава да један грејач може да управља различитим подешавањима.

У закључку, дужина основног грејача са минималним нивоом течности од 20–25% дозвољене изложености
Да би се избегло прегревање зоне паре, дужина ПФА грејача за резервоар са променљивим нивоом течности мора се одредити на основу минималног нивоа течности, а не максималног. Безбедан дизајн одржава проценат изложености на или испод 20–25% на минималном нивоу. Максимална дужина грејача је 650–670 мм при минималном нивоу од 500 мм. Користите грејач не-уједначене густине у ватима или неколико распоређених грејача ако је потребан дужи грејач за уједначеност процеса. У року од неколико месеци, један дуги грејач са високом изложеном фракцијом ће се покварити. Толеранција изложености грејача се не мења као ниво. Додајте редунданцију или га повећајте за најгори-случај. Најнижи ниво, а не највиши, одређује колико ће дуго трајати ваш грејач.