Kuidas on 1,0-millimeetrine 316 roostevabast terasest ümbris võrreldes 2,0-millimeetrise kestaga kuiv{3}}põletuskahjustuste ärahoidmisel vertikaalsete sukelküttekehade vedelikukatte juhusliku kaotuse korral?
Jäta sõnum
Juhuslik vedelikukatte kadumine-kuiv-põletus on üks levinumaid ja katastroofilisemaid rikkeid, mis on tehaseohutusinseneride ja seadmete spetsifikaatorite mahutitesse, süvenditesse ja töötlemisanumatesse paigaldatud vertikaalsete sukelsoojendite puhul. Kui vedeliku tase langeb alla ümbrise kuumutatud ala, hajub vedelikule edastatud soojus nüüd kestas ja takistustraadis. Temperatuuri kiire tõus põhjustab traadi oksüdeerumist, MgO isolatsiooni lagunemist ja lõpuks ümbrise purunemist või elektrikatkestust. 316 roostevabast terasest ümbrise seina paksus on oluline parameeter kahju tekkimise aja ja kõrgeima temperatuuri määramisel kuiva-põletuse korral. Selles artiklis esitatakse kriitiliste rakenduste riskide vähendamise soovituste jaoks kvantitatiivne võrdlus 1,0 mm ja 2,0 mm seinakatete kuiva{8}}põlemise kohta võrdse võimsuse ja kokkupuute seadete korral.
Termiline reaktsioon kuivale{0}}põletusseisundile kui seina paksuse funktsioon
Kui vertikaalne sukelsoojendi sukeldub-vedelikuga, väheneb soojusülekandetegur ümbrise pinnal umbes 5000-10 000 W/m2-K keevas vees või 500-1000 W/m2-K segatud õlis umbes 00 W/m2-1K-ni. See 100-kordne vähendamine nõuab, et ümbrise pinna temperatuur peaks märkimisväärselt tõusma, et hajutada õhus sama soojusvoo . 10 W/cm2 (100 000 W/m2) küttekeha, mille loomulik konvektsioonitegur on 50 W/m2-K, püsiseisundi pinnatemperatuur oleks 100 000 / {000 sulamistemperatuurist üle{{00}}. 316 roostevaba teras. Tegelikkuses ei saavuta kütteseade kunagi tasakaalu. Selle asemel kuumeneb see seni, kuni takistustraat katkeb või termiline katkestus rakendub. Kesta ja sisemiste osade soojusmass reguleerib temperatuuri tõusu kiirust kuivpõlemisel. 1,0 mm seinakestal on peaaegu pool soojusmassist 2,0 mm ümbrise pindalaühiku kohta. Seetõttu tõuseb selle temperatuur kuivpõlemise esimestel sekunditel umbes kaks korda kiiremini. Katseandmed 10 mm OD kestade kohta 10 W/cm2 tuulevaikuses näitavad, et 1,0 mm seinal saavutatakse välispinnal 400 kraadi 8 sekundiga, samas kui 2,0 mm seina puhul kulub 400 kraadi saavutamiseks 16 sekundit. 2,0 mm ümbris hoiab aga rohkem soojust ja püsib seega kauem üle kriitilise temperatuuri, kui toide välja lülitatakse.
Maksimaalse temperatuuri ja rikkeni kuluva aja võrdlus
316 korpusega küttekeha kriitilist rikketemperatuuri reguleerib sisemise nikkel-kroomi takistustraadi oksüdatsioonipiir, ligikaudu 800-850 kraadi pideva töötamise korral. Tänu MgO isolatsioonikihile on traadi temperatuur kuiv{25}põlemisel umbes 50–100 kraadi kõrgem kui ümbrise sisepinna temperatuur. Traadi temperatuur jõuab 800 kraadini ja kiire oksüdeerumine algab 700 kraadi juures ümbrise sisepinnal. Selle läve saavutamise aeg sõltub seina paksusest. 1,0 mm seina puhul saavutab ümbrise sisepinna 700 o C umbes 25 sekundi pärast 10 W/cm 2 vaikses õhus. Traadi avatud vooluahela rikke koguaeg on umbes 35-45 sekundit. Samadel tingimustel, kuid seinapaksusega 2,0 mm, ulatub sisekesta pind 700 kraadini umbes 55 sekundi pärast ja juhtmete rike tekib 75–90 sekundi pärast. Kuivpõlemisaeg on paksema katte korral 2–2,5 korda pikem. See eristus on üsna oluline rakenduste puhul, kus termilise väljalülituse või taseme lüliti reageerimine võib võtta mitu sekundit. 1,0 mm kest võib ebaõnnestuda enne, kui aeglaselt reageeriv mehaaniline termostaat saab avaneda, kui 2,0 mm ümbrisel on reaktsiooniaja ületamiseks piisav termiline inerts.
Kuiva{0}}põletuse ellujäämise maatriksi võrdlus
Allolev tabel annab otsese võrdluse 1,0 mm ja 2,0 mm 316 ümbrise jõudluse kohta kuivade-põletuste korral erinevatel tööseadetel. Väärtused viitavad vertikaalse sukelküttekehaga vaikses õhus pärast vedeliku kadu ning aktiivse jahutuse või sundkonvektsiooni puudumist.
Wattitihedus Kuiv-Põletus Töökest seina paksus Aeg välispinnani 400 kraadi juures Aeg sisepinnani 700 kraadi juures Koguaeg juhtmerikkeni Soovitatav kaitsestrateegia
5 W/cm2 1.0 mm 12 sekundit 40 sekundit 55–70 sekundit Kiiresti toimiv termiline väljalülitus (< 30 sekundit)
5 W/cm² 2,0 mm 24 sekundit 85 sekundit 110 - 140 sekundit Standardne termiline katkestus vastuvõetav 10 W/cm² 1,0 mm 8 sekundit 25 sekundit 35 - 45 sekundit Vajalik on elektrooniline tasemelüliti 5 sekundit reageerida
10 W/cm2 2.0 mm 16 sek. 55 sek. 75 – 90 sek. Standardne termiline väljalülitus või taseme lüliti on vastuvõetav 15 W/cm2 1.0 mm 5 s. 16 s. 22 – 30 s. Üleliigne kaitse kohustuslik; kõrge risk 15 W/cm2 2.0 mm 11 sek. 38 sek. 50 – 65 sek. Kiire termiline piir, soovitatav 20 W/cm2 1.0 mm 4 s. 12 s. 17 – 22 s. Pole soovitatav, igasugune kaitse on tõenäoliselt liiga aeglane
20 W/cm² 2,0 mm 8 s 28 s 40–50 s2 teise reaktsiooni elektrooniline kaitse on vajalik
Rakenduste puhul, mille vatitihedus on suurem kui 15 W/cm 2 ja õhukeste seinte puhul alla 1,2 mm, on kuiva-põlemisaeg nii lühike, et kahjustusi saab ära hoida ainult teisejärgulise reaktsiooniga elektrooniline kaitse, näiteks ümbrisesse implanteeritud termopaar, mis on ühendatud tahkis{5}}releega. Mehaaniliste termostaatide ja termokaitsmete reaktsiooniaeg on 5–15 sekundit, mis jääb sellest ellujäämisaknast tunduvalt kaugemale.
Disainis tehtud muudatused{0}}kuivapõletuskindluse suurendamiseks
Kolm konstruktsioonimuudatust võivad pikendada ellujäämisaega, kui termiline reaktsioon nõuab õhukese seinaga 316 kesta, kuid siiski on kuivapõletuse oht. Parim ja lihtsaim viis on lisada eraldi madala vee väljalülitus, mis lülitab elektri välja, kui vedeliku tase langeb alla köetava osa. Juhtivussond või ujuklüliti, mis asub minimaalsel vedelikutasemel, pakub kaitset enne küttekeha paljastamist. Teine muudatus on küttekeha ülemises osas vattide tiheduse vähendamine. Kitsenev vattihedus - vähem võimsust pikkuseühiku kohta ülaosas, kus kokkupuude on kõige tõenäolisemalt -, suurendab kuiva-põlemise aega ilma küttekeha koguvõimsust ohverdamata. Viimane muudatus on asetada termopaar otse 316 kesta sisepinnale. See andur suudab tuvastada kuiva{11}}põletuse temperatuuri kiire tõusu 1-2 sekundiga, nii et juhtsüsteem saab toite välja lülitada enne, kui juhe saavutab kriitilise temperatuuri. See on tüüpiline viis suure töökindlusega kütteseadmete rakendamiseks olulistes toimingutes. Enamiku tööstuslike rakenduste jaoks pakub 2,0 mm seinakate lihtsa ja vastupidava kaitse kuiva{18}}põletuse eest. Pikem ellujäämisperiood võimaldab tavalistel kaitsesüsteemidel järjepidevalt töötada ja paksem sein võib aeg-ajalt üle elada lühiajalisi kuiva{20}põletusjuhtumeid ilma püsivate kahjustusteta. Insenerid peaksid nõudma tootjalt kindlaksmääratud ohutut seina paksust ja kirjeldama kuiva{22}põlemiskaitse eeldatavat reaktsiooniaega. Kui tarnija ei saa seda uuringut esitada, ei pruugi ta täielikult mõista kuivade põlemistingimuste soojusdünaamikat. Seina paksuse suurendamise kulud 1,0 mm-lt 2,0 mm-le on väikesed võrreldes kuludega, mis tekivad küttekeha rikke tõttu, mis toob kaasa tootmise seiskamise või tuleohu materjalide ülekuumenemise tõttu. Kui te pole milleski kindel, valige paksem sein ja makske kuivpõletuse vastupidavuse eest soojustõhususe eest väikest trahvi.
