Hogyan lehet kiszámítani a szükséges PFA-fűtő hosszát egy 500 mm-es minimális és legfeljebb 2000 mm-es folyadékszinttel rendelkező tartályhoz a gőzzóna túlmelegedése nélkül?

A túlságosan hosszú PFA fűtőtest túlzott mennyiségben van kitéve a gőzzónának alacsony folyadékszint mellett a változó folyadékszintű tartályban (például szakaszos feldolgozás, elpárologtatók vagy hűtőtartályok), ami túlmelegedéshez és korai meghibásodáshoz vezet. A minimális folyadékszint-nem a maximális-határozza meg a szükséges fűtőtest hosszát. A biztonságos kialakítás a fűtőtest szabad (gőzzóna) részét a teljes hosszának 20-25%-án vagy az alatt tartja. A maximális fűtőhossz 500 / (1–0,25)=667 mm, 500 mm-es minimális folyadékszint esetén. Ez garantálja, hogy a kitett rész alacsonyabb felületi hőmérsékleten működjön, és a fűtőelem legalább 75%-a a legalacsonyabb szinten maradjon. Ha hosszabb fűtőelemre van szükség a folyamatos fűtéshez a maximális töltés mellett, akkor telepítsen több fűtőtestet, vagy használjon nem-egyenletes wattsűrűségű fűtőelemet (alacsonyabb teljesítmény a felső zónában).

A gőzzóna túlmelegedésének mechanizmusa
A hőátbocsátási tényező (h) a folyadékzónában általában 500 és 5000 W/m²·K között van. A H 10-100 W/m²·K értékre csökken a gőzzónában (levegő, gőz vagy savgőz). Az egyenletes q (W/cm²) wattsűrűségű fűtő gőzzónájában a felületi hőmérséklet T_gőz=T_környezet + q / h_gőz. T_gőz=80 + 30,000/30=1,080 fok q=3 W/cm² (30 000 W/m²) és h_gőz=30 W/m²·K esetén lehetetlen. A PFA-hüvely hőmérséklete továbbra is meghaladhatja a 250–350 fokot, ami olvadáshoz vagy súlyos károsodáshoz vezethet, még akkor is, ha a fűtőberendezés valóban magától{26}}szabályoz, amikor az ellenállás a hőmérséklettel emelkedik. Mivel a biztonságos gőzzóna hőárama kisebb vagy egyenlő, mint 1,0 W/cm², a q_vapor értéknek legfeljebb 10 000 W/m²-nek kell lennie. q_vapor=q_liquid az egyenletes fűtésért. Annak biztosítása érdekében, hogy a gőzzónában a hatékony hőelvezetési terület elég nagy legyen a tényleges fluxus csökkentéséhez, az egyetlen módszer a gőzzóna biztonságos megőrzésére a fűtőtest kitett hányadának korlátozása. A kitett rész azonban továbbra is ugyanannyi villamos energiát termel egységnyi hosszonként, feltéve, hogy a fűtőegység egyenletes wattsűrűséggel rendelkezik. A hőmérséklet növekedése a rögzített h_vapor függvénye. Inkább egy hosszabb, azonos összteljesítményű fűtőelem használható a wattsűrűség (q) csökkentésére az egész fűtőberendezésben. q=P / (π × D × L) egy beállított P összteljesítményhez és L hosszúsághoz. Q arányosan csökken L növekedésével.

A fűtőelem minimális hosszának meghatározására szolgáló módszer:

L_min a legalacsonyabb folyadékszint milliméterben.

L_heater a fűtőtest teljes hossza (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=százalék exponált=(L_heater – L_min) / L_heater

A q_design a felület és a teljes teljesítmény által meghatározott wattsűrűség (W/cm²).

A gőzzóna hőáramának kisebbnek vagy egyenlőnek kell lennie, mint q_max_vapor=1.0 W/cm² a gőzzóna biztonságos működéséhez. Másrészt a gőzzóna ugyanazt a q-t tapasztalja, ha a fűtőelem egyenletes q-val rendelkezik. Ennek eredményeként a fűtőtestet apró szabadon álló frakcióval vagy alacsony össz-q-val kell felépíteni, hogy még a kitett rész is biztonságos legyen. A legésszerűbb stratégia az f_exposed 0,25-nél kisebb vagy egyenlő értékre való csökkentése, és alacsony általános q-val történő tervezés (kevesebb, mint 1,5 W/cm²).

Általános szabály, hogy L_heater < L_min / (1 – f_max), ahol f_max a maximálisan megengedett exponált rész (általában 0,20 és 0,25 között). L_heater Legfeljebb 500 / 0.75=667 mm L_min=500 mm esetén.

A különböző szintű helyzetekhez szükséges fűtőelem hossza
Minimális folyadékszint (mm) Maximális folyadékszint (mm) A fűtőelem javasolt hossza (mm) Minimális szint kitett hányad (%) Teljes q (W/cm²) 6 kW-nál, 25 mm külső átmérőjű gőzzóna biztonság 500 2, 000 650 23% 4,7 qUnsafe (kevesebb, ha túl magas) 500 2,000 1,200 58% 2,5 Nem biztonságos (túl magasan exponált) 500 2,000 650 (csak 3 kW-nál) 23% 2,35 Elfogadható (q alacsony) 800 2, 000 1, 000 20% (q 3,0 határértéknél) 800 2,000 1,200 (csökkentett teljesítménnyel) 33% 2,0 (leértékelt) Elfogadható 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Jó
A több lépcsőzetes fűtőelem a megoldás, ha a maximális szintű teljes lefedettséghez szükséges fűtőhossz lényegesen hosszabb, mint a minimális szinten biztonságos hossz. Például helyezzen egy közepes fűtőtestet (1200 mm) magasabbra, egy hosszú fűtőtestet (2000 mm) a tetejére és egy rövid fűtőtestet (650 mm) alulra. Ha a szint alacsony, csak az alsó fűtés működik; ha megtelik, mindegyik működik.

Példa a mezőben
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 >1800 mm. Egyetlen fűtőberendezés sem látott 20%-nál nagyobb expozíciót. Mindhárom fűtőberendezés 5+ évig bírta.

Nem{0}}egyenletes wattsűrűség alternatívaként
Ha sok fűtőelem nem kivitelezhető, adjon meg egyetlen fűtőtestet, amelynek wattsűrűsége nem egyenletes: a fűtőtest hosszának felső 30%-a egységnyi hosszonként csak a teljesítmény 20%-át adja, míg az alsó 70%-a 80%-ot. Ezt az ellenálláshuzal menetemelkedésének megváltoztatásával lehet végrehajtani (lásd #25. cikk). A kitett felső rész minimális szinten csökkenti a hőáramot, ami csökkenti a felület hőmérsékletét. Bár ez a kialakítás 20–30%-kal növeli a gyártási költségeket, lehetővé teszi, hogy egyetlen fűtőberendezés kezelje a különböző beállításokat.

Összefoglalva, az alapfűtő hossza 20–25%-os minimális folyadékszinttel
A gőzzóna túlmelegedésének elkerülése érdekében a változó folyadékszintű tartály PFA-fűtőjének hosszát a minimális folyadékszintből kell meghatározni, nem a maximumból. A biztonságos kialakítás minimális szinten tartja a kitettséget 20-25% vagy az alatt. A fűtőtest maximális hossza 650-670 mm, minimum 500 mm-es szinten. Használjon nem-egyenletes wattsűrűségű fűtőelemet vagy több lépcsőzetes fűtőelemet, ha hosszabb fűtőelemre van szükség a folyamat egyenletessége érdekében. Hónapokon belül egyetlen hosszú fűtőtest, magas kitett frakcióval, tönkremegy. A fűtőberendezés expozíciós tűrése nem változik a szinthez képest. Adjon hozzá redundanciát, vagy méretezze meg a legrosszabb esetre{12}}. A legalacsonyabb, nem a legmagasabb szint határozza meg, mennyi ideig fog működni a fűtés.