Kuinka suunnitella PFA-lämmitin, jossa on integroitu lämpökaivo, joka minimoi lämpötilan mittausviiveen korkean{0}}viskositeettisissa öljyissä?

Korkeaviskositeettisissa öljyissä (1 000–100 000 cP, Pr > 500) tyypillisten suojakuppien lämpötilan mittausviive voi olla 5–10 minuuttia, mikä johtaa huonoon prosessin hallintaan. Integroitu suojasuoja tai umpireikä, joka on pysyvästi valettu PFA-suojukseen, sijoittaa lämpötila-anturin suoraan lämmitettävälle alueelle ilman ilmarakoa, minimoiden siten latenssin. Tärkeimmät suunnittelutekijät ovat: suojasuojan seinämän paksuus (0,5–1,0 mm, ei koko PFA-seinämä), materiaali (PFA tai ohutseinämäinen metalli) ja täyteaine (lämpötahna tai matala{12}}sulateseos). Lämpöpastalla täytetty, 0,5 mm paksu pohja{15}}täytetty muotoiltu PFA-suojasuoja vähentää viivettä 20–40 sekuntiin öljylle 80 asteessa 2 mm:n PFA-lämmittimen seinämillä. PFA:ssa oleva metallisuoja (1 mm OD, 0,2 mm seinä) antaa 5-15 s viiveen. Integroitu rakenne ei altista anturia ankaralle öljylle ja samalla ylläpitää sen reaktionopeutta.

Viiveen lähteet ja vähentämisstrategiat
Tyypillisessä ulkoisessa suojasuojassa (kiinnitetty tai hitsattu lämmittimeen) viiveellä on kolme syytä: (1) lämmön johtuminen öljyn rajakerroksen läpi (vallitseva korkean -viskositeettisissa öljyissä), (2) johtavuus suojasuojan seinämän läpi ja (3) konvektio anturin ja kaivon välisen ilmaraon yli. Korkeaviskositeettisilla öljyillä öljyn rajakerros on hallitseva lämmönkestävyys (h_oil=50–200 W/m²·K). Integroitu suojasuojus poistaa ilmaraon ja lyhentää johtamisreittiä.

Viiveen vähennystekijät:

Pohjan ohentaminen (0,5 mm vs

Ilmarako poistetaan täyttämällä suojakuori lämpötahnalla (k=3–5 W/m·K).

Tunnistinkärki Parannus käyttämällä 10-20-kertaista metallisuojaa (ruostumaton teräs, k≈15 W/m·K) PFA:n (k≈0,2 W/m·K) sijaan.

PFA Heater Thermowell -vaihtoehdot
Rakenne Suunnittelu Seinäpaksuus (mm) Täyttömateriaalin vakioaika τ (sekuntia, 10 000 cP öljyssä 80 asteessa) Viive jopa 90 % (s) Kemiallinen kestävyys Lisääntynyt hinta
Ulkoinen puristin päälläMetallipuristin + anturi Ei käytettävissä (ulkoinen) Ilma 120-240 280-550Hyvä (anturin ulkoinen) 5 %
Ulkoinen hitsattu suojasuojus Metalli hyvin hitsattu lämmittimen laippaan 1,5 (metalli) Ilma 60 - 120 140 - 28015% Hyvä
Umpireikä integroitu PFAMuovattu PFA tasku 1.0 Air 40-80 95-185 Erinomainen 20%
Integroitu PFA + tahna Valettu PFA tasku 0,8 Lämpöpasta (k=3 W/m·K) 12-20 30-45Hyvä 25 %
Integroitu PFA + ohut pohja Valettu PFA 0,5 mm pohja 0,5 tahna 8–12 20–28 Erinomainen 30 %
Thermowell metallisisäkkeellä Ruostumaton teräsputki (1 mm OD, 0,2 mm seinä) PFA 0,2 (metalli) Tahna tai seos 3-5 7-1240 % Hyvä (metallipaljastettu)
Kapseloitu anturi RTD tai TC PFA:ssa (ei irrotettava) valettu suoraan 0 (anturi esillä) Ei mitään 1-2 3-5 Erinomainen (PFA anturin yläpuolella) 50 % (anturia ei voi vaihtaa)
Suunnitteluohjeet
High viscosity oil service (>5 000 cP): Huomaa seuraava:

Suojakaivon pohjan vähimmäispaksuus: 0,5 mm (PFA) ja 0,2 mm (metalli). Ohenne on taipuvainen repeytymään tai virumaan.

Lämpötahna: Boorinitridillä tai alumiinioksidilla täytetty silikonitahna (k Suurempi tai yhtä suuri kuin 3 W/m·K) Levitä hoovan alle ilmakuplien välttämiseksi.

Anturin tyyppi: Käytä ohutta lankatermoparia (halkaisija 0,25 mm) tai ohutkalvoa RTD (1 mm x 2 mm). Latenssi kasvaa suuremmilla antureilla (halkaisija 6 mm).

Sijoitus Aseta suojasuojus lämmittimen kuumimpaan kohtaan (usein 100–200 mm kylmästä päästä, katso artikkeli #70). Korkeat säiliöt: Kaksi suojakaivoa (ylempi ja alempi) keskimäärin

Vaihdettavuus: Käytä tärkeissä toiminnoissa irrotettavaa anturia PFA-suojakotelossa (ei mukana). Suojasuoja pysyy säiliössä ja anturi voidaan vetää kalibrointia varten tyhjentämättä.

Tuottaa
Lämmittimen kylmän osan muovauksen aikana tai lämmöllä muodostamalla kuoppa vaippaan, muodostuu kiinteä PFA-suojasuojus. Karan sijainti säätelee paksuutta pohjassa. Metallisäkettä varten muottiin laitetaan ohutseinämäinen ruostumaton teräsputki ja PFA ruiskupuristetaan putken ympärille. Metallikärki työntyy 5-10 mm PFA:n sisään ja tarjoaa siten hyvän lämpökontaktin. Metallin on oltava yhteensopiva prosessinesteen kanssa (316L lievälle, Hastelloy aggressiiviselle). Kuparia tai alumiinia ei saa käyttää syövyttävissä palveluissa.

Esimerkkikenttä
Polymeerilaitos lämmitti 50 000 cP:n hartsia 60 asteesta 120 celsiusasteeseen PFA-lämmittimellä, jossa oli ulkoinen puristin{4}}termoparissa. Lämpötilaviive oli 8 minuuttia, 15 asteen ylitys ja hartsin heikkeneminen. Laitos korvasi lämmittimen integroidulla PFA-suojasuojuksella (pohjapaksuus 0,6 mm, lämpötahna). Viive oli nyt 25 sekuntia. Lämpötilan säätö parani ±1,5 o C:een ja hartsin heikkeneminen loppui. Mittatilaustyönä valmistettu lämmitin maksoi 300 dollaria ja maksoi itsensä takaisin 3 erässä.

Johtopäätös: Liitä integroituun Thermowelliin vähentää viivettä<30 Seconds
Korkean-viskositeetin öljyille integroitu PFA-suojasuoja, jossa on ohut pohja (0,5–1,0 mm), joka on täytetty lämpötahnalla, vähentää lämpötilan mittauksen latenssia 5–10 minuutista 20–40 sekuntiin - 10–15-kertainen parannus. Nopeimman reaktion saamiseksi aseta metallisuojus (0,2 mm:n seinämä) PFA:han 5–15 sekunnin viiveellä. Integroitu rakenne säilyttää kemikaalinkestävyyden ja sijoittaa anturin millimetrin päähän prosessinesteestä. Kapseloidut anturit reagoivat nopeimmin, mutta ne eivät ole irrotettavissa eikä niitä voi kalibroida tai vaihtaa. Valitse prosessin kriittisyyden mukaan. Korkeaviskoosisissa öljyissä viive on vihollinen. Ohuet seinät, lämpötahna ja metalliosat lyövät viivettä. Suunnittele älykäs. Reagoi nopeasti. Ohjaa tarkasti.