Kuidas arvutada nõutavat PFA-soojendi pikkust paagi jaoks, mille minimaalne vedelikutase on 500 mm ja maksimaalne tase 2000 mm, ilma aurutsooni ülekuumenemiseta?

Liiga pikk PFA-küttekeha puutub aurutsooniga kokku liiga palju madala vedelikutasemega paagis, kus vedeliku tase muutub (nt partii töötlemine, aurustid või jahutuspaagid), mis põhjustab ülekuumenemist ja varajase rikke. Küttekeha vajaliku pikkuse määrab -pigem kui maksimaalne- minimaalne vedelikutase. Ohutu konstruktsioon hoiab küttekeha avatud (aurutsooni) osa 20–25% ulatuses või alla selle kogupikkusest. Küttekeha maksimaalne pikkus on 500 / (1–0,25)=667 mm minimaalse vedelikutaseme korral 500 mm. See tagab, et avatud osa töötab madalamal pinnatemperatuuril ja et vähemalt 75% küttekehast jääb madalaimale tasemele vee alla. Paigaldage mitu vahedega kütteseadet või kasutage ebaühtlase vattihedusega{15}}kütteseadet (väiksem väljundvõimsus ülemises tsoonis), kui on vaja pikemat kütteseadet ühtlaseks kuumutamiseks maksimaalse täidisega.

Aurutsooni ülekuumenemise mehhanism
Soojuse läbilaskevõime (h) vedelatsoonis on tavaliselt vahemikus 500 kuni 5000 W/m²·K. Aurutsoonis (õhk, aur või happeaur) väheneb H väärtuseni 10–100 W/m²·K. Ühtlase vattihedusega q (W/cm²) küttekeha aurutsooni pinnatemperatuur on T_aur=T_ambient + q / h_aur. T_aur=80 + 30,000/30=1,080 kraadi on võimatu q=3 W/cm² (30 000 W/m²) ja h_aur=30 W/m²·K korral. PFA ümbrise temperatuur võib siiski ületada 250–350 kraadi, mis võib põhjustada sulamist või tõsiseid kahjustusi, kuigi kütteseade reguleerib end ise, kui takistus tõuseb koos temperatuuriga. Kuna ohutu aurutsooni soojusvoog on 1,0 W/cm² või sellega võrdne, peab q_aur olema väiksem kui 10 000 W/m² või sellega võrdne. q_aur=q_vedelik ühtlase küttekeha jaoks. Tagamaks, et efektiivne soojuse hajumise ala aurutsoonis on piisavalt suur, et vähendada tegelikku voogu, on ainus meetod aurutsooni ohutuks hoidmiseks piirata kokkupuutuva küttekeha osa. Katmata osa toodab siiski sama palju elektrit pikkuseühiku kohta, eeldusel, et kütteseadme vattihedus on ühtlane. Temperatuuri tõus sõltub fikseeritud h_aurust. Pigem saab kasutada sama koguvõimsusega pikemat küttekeha, et vähendada vattihedust (q) kogu küttekehas. q=P / (π × D × L) määratud koguvõimsuse P ja pikkuse L korral. Q väheneb proportsionaalselt L suurenemisega.

Küttekeha minimaalse pikkuse määramise meetod Olgu:

L_min on madalaim vedelikutase millimeetrites.

L_heater on küttekeha kogupikkus (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=protsenti säritatud=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design on vattihedus (W/cm²), mis on määratud pindala ja koguvõimsusega.

Aurutsooni ohutuks toimimiseks peab aurutsooni soojusvoog olema väiksem kui q_max_vapor=1.0 W/cm² või sellega võrdne. Teisest küljest kogeb aurutsoon sama q, kui kütteseadme q on ühtlane. Selle tulemusena peab kütteseade olema ehitatud väikese avatud osaga või madala kogu q-ga, et isegi avatud osa oleks ohutu. Kõige mõistlikum strateegia on vähendada f_exposed väärtusele Vähem kui 0,25 või sellega võrdne ja kujundada madala üldise q-ga (vähem kui 1,5 W/cm² või sellega võrdne).

Üldreeglina L_heater < L_min / (1 – f_max), kus f_max on maksimaalne lubatud eksponeeritud osa (tavaliselt vahemikus 0,20 kuni 0,25). L_heater Väiksem või võrdne 500 / 0.75=667 mm, L_min=500 mm.

Erinevate tasemeolukordade jaoks vajalik küttekeha pikkus
Minimaalne vedeliku tase (mm) Maksimaalne vedeliku tase (mm) Soovitatav küttekeha pikkus (mm) Minimaalne tase avatud osa (%) Kogu q (W/cm²) 6 kW juures, 25 mm OD Aurutsooni ohutus 500 2, 000 650 23% 4,7 (vähem kõrge) qUnsafe (vähem kõrge) 500 2,000 1,200 58% 2,5 Ebaturvaline (säritatud liiga kõrgel) 500 2,000 650 (ainult 3 kW-ga) 23% 2,35 Vastuvõetav (q madal) 800 2, 000 1, 000 20% (q 3,0 piirmäära juures) 800 2,000 1,200 (vähendatud võimsusega) 33% 2,0 (vähendatud) Aktsepteeritav 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Hea
Mitu astmelist küttekeha on lahendus, kui vajalik küttekeha pikkus täielikuks katmiseks maksimaalsel tasemel on oluliselt pikem kui ohutu pikkus minimaalsel tasemel. Näiteks asetage keskmine küttekeha (1200 mm) kõrgemale, pikk (2000 mm) üles ja lühike küttekeha (650 mm) alla. Kui tase on madal, töötab ainult alumine kütteseade; kui see on täis, töötavad kõik.

Näide väljal
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. Ükski kütteseade ei näinud kunagi rohkem kui 20% säritust. Kõik kolm kütteseadet kestsid 5+ aastat.

Alternatiivina{0}}mitteühtlane vattide tihedus
Kui arvukalt kütteseadmeid ei ole võimalik kasutada, määrake üks ebaühtlase vattihedusega -kütteseade: ülemine 30% küttekeha pikkusest annab ainult 20% võimsusest pikkuseühiku kohta, samas kui alumine 70% annab 80%. Seda saab teha takistustraadi sammu muutmisega (vt artiklit #25). Katmata pealispinnal on minimaalsel tasemel vähenenud soojusvoog, mis alandab pinna temperatuuri. Kuigi see konstruktsioon suurendab tootmiskulusid 20–30%, võimaldab see ühel küttekehal toime tulla erinevate seadistustega.

Kokkuvõtteks võib öelda, et baasküttekeha pikkus minimaalse vedelikutasemega 20–25% kokkupuudet
Aurutsooni ülekuumenemise vältimiseks tuleb muutuva vedelikutasemega paagi PFA-soojendi pikkus määrata minimaalsest vedelikutasemest, mitte maksimumist. Ohutu disain hoiab kokkupuute protsendi minimaalsel tasemel 20–25% või alla selle. Küttekeha maksimaalne pikkus on 650–670 mm minimaalsel tasemel 500 mm. Kui protsessi ühtsuse tagamiseks on vaja pikemat kuumutusseadet, kasutage ebaühtlase vattihedusega küttekeha või mitut astmelist kütteseadet. Kuude jooksul laguneb üks pikk, kõrge eksponeeritud fraktsiooniga kütteseade. Küttekeha kokkupuute tolerants ei muutu vastavalt tasemele. Halvima{12}}stsenaariumi jaoks lisage liiasus või suurus. Madalaim, mitte kõrgeim tase määrab, kui kaua teie kütteseade kestab.