Kuinka valita oikea PFA-lämmittimen pituus säiliölle, jossa on kelluva nestetaso, jotta vältytään höyryvyöhykkeen ylikuumenemiselta?

PFA-lämmittimet altistetaan vaihtelevalle upotussyvyydelle säiliöissä, joissa nestetaso kelluu (eräkäsittely, ajoittainen täyttö, haihdutus/väkevöinti). Huomattava osa lämmittimestä toimii höyryvyöhykkeellä, jos se on liian pitkä vähimmäisnesteen tasolle, mikä voi johtaa ylikuumenemiseen, PFA:n huononemiseen ja ennenaikaiseen vikaan. L_heater Pienempi tai yhtä suuri kuin L_min_immersion × (1 + f), missä f on lämmittimen sallittu osuus höyryssä (yleensä 15–25 %), tulee täyttää oikealla lämmittimen pituudella L_heater. Ihanteellinen lämmittimen pituus säiliölle, jonka nestepinta on vähintään 1,0 m ja enintään 3,0 m, on 1,2–1,3 m (20–30 % minimitason yläpuolella). Pikavika johtaa pidempiin lämmittimiin (2,0 m), joiden etäisyys on 1,0 m minimitasolla. Käytä lämmitintä, jonka wattitiheys ei ole-yhtenäinen (pienempi teho ylhäällä) tai useita tasojen mukaan porrastettuja lämmittimiä (matala, keskitaso, korkea) käsitelläksesi eri tasoja. Tavoitteena on estää PFA:n yli 180 asteen lämpötiloja pitämällä höyryvyöhykkeen wattitiheys alle 0,5–1,0 W/cm².

Lämpötila ja tehotiheys höyryvyöhykkeellä
P_höyry=P_yhteensä × (L_höyry / L_total) on teho höyryvyöhykkeellä tasaisella lämmittimellä (vakio wattitiheys koko pituudella). q_höyry=P_höyry / A_höyry=(P_yhteensä / L_yhteensä) × L_höyry / (π × D × L_höyry)=P_yhteensä / (π × D × L_yhteensä)=vakio on höyryvyöhykkeen lämpövirta! Siksi altistuksen määrästä riippumatta wattitiheys höyryvyöhykkeellä on täsmälleen sama kuin nestevyöhykkeellä. Siitä on kysymys. Lämmittimen esillä oleva osa, jonka teho on 3 W/cm² nesteessä, kokee 3 W/cm². Pintalämpötila 3 W/cm² höyryssä (h=10–50 W/m²·K vs . 1,000 nesteessä) olisi 600–3 000 astetta (mahdotonta). Vastuslanka kuumenee, PFA sulaa tai lämpökatkaisu laukeaa, kun lämmitin todella säätelee itseään. Vain erittäin pieni höyryvyöhykkeen lämpövirta-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Valintakriteeri: Höyryvyöhykkeen lämpövirran tulee olla enintään 1,0 W/cm². Sallittu altistumissuhde L_vapor/L_total lämmittimelle, jonka kokonaiswattitiheys on q_total, on yhtä suuri kuin q_max_vapor/q_total. L_höyry/L_total=1.0/3.0=0.33 (33 % altistuminen sallittu) q_total=3 W/cm²:lle. Siksi L_heater pienempi tai yhtä suuri kuin 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 m, jos nesteen vähimmäispinta on 1,0 m. Käytä varmuuden vuoksi käytännössä 20–25 % altistusta.

Taulukko lämmittimen pituuden valintaa varten
Suurin sallittu höyryn osuus q_yhteensä (W/cm²) Miniminesteen taso (m) Suurin nestetaso (m) Suurin lämmittimen pituus (m) Suositeltu lämmittimen pituus (m) Kokoonpano
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Lyhyt lämmitin vähimmäistason sisällä 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Hyväksyttävä 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 Hyvä 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Marginaali; käyttää vaiheittaisia ​​lämmittimiä
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 Suuremman wattitiheyden saavuttamiseksi tarvitaan lyhyempiä lämmittimiä
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Pidemmät lämmittimet ovat mahdollisia pienemmällä wattitiheydellä.
Mikä tahansa Mikä tahansa Mikä tahansa 0,15 (konservatiivinen) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Konservatiivinen muotoilu
Lämmittimet eri tasoilla
Yksittäinen lämmitin ei voi palvella kumpaakaan ääripäätä ilman ylikuumenemista matalalla tasolla, jos minimitaso on 1,0 m ja maksimi 4,0 m (4× varianssi). Käytä kolmetasoista lämmitintä:

Lämmitin A on lyhyt (1,2 m), matala-asennettu ja jatkuvasti käytössä (min taso peittää sen).

Lämmitin B: keskitaso (2,5 m), aktivoituu, kun pinta on yli 1,5 m

Lämmitin C on pitkä (4,0 m) ja aktivoituu, kun pinta on yli 2,5 m.

Tasoantureiden perusteella ohjausjärjestelmä aktivoi lämmittimet. Vain täysin veden alla oleva lämmitin A toimii minimitasolla (1,0 m). A+B-toiminto keskitasolla. Kaikki kolme toimivat maksimitasolla. Täydellä wattitiheydellä missään lämmittimessä ei ole höyryvyöhykettä.

Vaihtoehtona on epätasainen wattitiheyslämmitin, jonka teho on alhainen ylhäällä ja suuri teho alhaalla. Suunnittele ylempi 0,5 m teholle 0,5 W/cm² (altistettuna matalalla) ja alin 1,5 m 3,5 W/cm² 2,0 metrin lämmittimelle. Tätä varten tarvitaan mukautettu käämitys (katso artikla #25). 20–30 % kalliimpi.

Esimerkki kentällä
Eräjaksojen aikana nestepinta kemikaalihaihduttimessa vaihteli 0,8 ja 2,5 metrin välillä. Alkuperäinen lämmitin rakennettiin maksimitasolle ja mitattuna 2,4 metriä pitkä . 1.6 metriä lämmittimestä altistui höyrylle minimikynnyksellä (0,8 metriä). Kolmen kuukauden kuluttua PFA muuttui ruskeaksi ja halkeili johtuen altistetun alueen toiminnasta 3 W/cm² ilmassa. Paikalleen laitoksen yhteyteen asennettiin 1,1 m kiuas (täysin haudattu jopa minimitasolla). Tuotanto väheni, vaikka eräkokoa pienennettiin, jotta kiukaan yläpuolella pysyisi minimitaso. Sen jälkeen laitokselle rakennettiin porrastettu järjestelmä, jossa oli 2,0 metrin lämmitin, joka käynnistyi vain, kun pinta oli yli 1,5 metriä, ja 1,2 metrin lämmitin, joka oli jatkuvasti päällä. 1,2 metrin lämmitin ei koskaan näe höyryä. Matalalla tasolla 2,0 metrin lämmitin ei ole koskaan päällä. Tuotantokapasiteetti palautettiin ja molemmat lämmittimet kestivät yli kolme vuotta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että 25 %:n höyryn saannissa L_heater pienempi tai yhtä suuri kuin L_min / 0,75
Säiliöissä, joissa nestepinta on kelluva, valitse lämmittimen pituus L_heater siten, että L_heater Pienempi tai yhtä suuri kuin L_min_immersion / (1 – f), jossa f on sallittu höyryosuus (yleensä 0,20–0,25), jotta vältetään höyryvyöhykkeen ylikuumeneminen. L_heater Pienempi tai yhtä suuri kuin 1,0 / 0.75=1.33 m L_min=1.0 m. Käytä epätasaista wattitehoista lämmitintä tai porrastettuja lämmittimiä, jotka ovat lukuisia tasoanturien laukaisevia lämmittimiä, jos tarvittava pituus on pidempi. Pidempi lämmittimen käyttöikä ja vähemmän seisokkeja maksavat vaiheistuskustannukset. Kuluu kuukausia, ennen kuin höyrylle alttiina oleva täydellä wattitiheydellä oleva lämmitin epäonnistuu. Käytä vähän tai ei ollenkaan tehoa höyryvyöhykkeen suojaamiseen. Yksi pitkä lämmitin useilla tasoilla ei toimi; lavastus tekee. Korkeimman tason tavoittelemisen sijaan suunnittele alimmalle. Kun säiliö on alhainen, lämmittimen on kestettävä. Se epäonnistuu siinä vaiheessa. Käytä lavastetta tai lyhyttä pituutta sen suojaamiseen. Eräsi on kiitollinen.