În rezervoarele cu deflectură-utilizate pentru amestecare, reacții chimice și transfer de căldură-, spațiul dintre deflector și peretele rezervorului creează un canal de ocolire a fluxului. Dacă un încălzitor PFA este plasat în acest canal, viteza curgerii dincolo de încălzitor trebuie să fie suficientă pentru a menține transferul de căldură și pentru a preveni supraîncălzirea localizată. Viteza minimă de ocolire a fluxului pentru încălzitoarele PFA în serviciul de apă este de 0,3–0,5 m/s pentru a menține temperatura suprafeței PFA la 10 grade față de fluidul în vrac la densitățile tipice în wați (3–5 W/cm²). Pentru o anumită distanță între deflectoare (decalaj între marginea deflectorului și peretele rezervorului), diametrul încălzitorului trebuie selectat astfel încât-aria secțiunii transversale a canalului de ocolire din jurul încălzitorului să fie suficient de mare pentru a menține viteza. Regula: OD încălzitorului ar trebui să fie mai mic sau egal cu 50% din lățimea spațiului deflectorului. Pentru un decalaj de 100 mm, diametrul exterior maxim al încălzitorului este de 50 mm. Pentru un spațiu de 50 mm, diametrul exterior maxim al încălzitorului este de 25 mm. Încălzitoarele mai mari sufocă fluxul, reducând viteza și provocând supraîncălzire.
Calculul vitezei de ocolire a fluxului
Viteza în spațiul deflectorului este v=Q / A, unde Q este debitul volumetric de la agitator sau pompa de recirculare și A este aria secțiunii transversale- a spațiului care nu este ocupat de încălzitor. Lățimea totală a spațiului este W, OD al încălzitorului este D și înălțimea rezervorului este H (se presupune că este complet scufundat). Aria liberă A_free=(W - D) × H. Dacă D se apropie de W, A_free se apropie de zero, viteza scade dramatic. Pentru a menține v Mai mare sau egal cu 0,3 m/s, A_free trebuie să fie Mai mare sau egal cu Q / 0,3. Pentru un rezervor tipic cu un agitator care furnizează Q=0.05 m³/s (3 m³/min), H=2 m, este necesar A_free=0.05 / 0.3=0.167 m². Apoi (L - D) × 2=0.167, deci L - D=0.0835 m=83.5 mm. Dacă L=150 mm, maxim D=150 - 83.5=66.5 mm. Un încălzitor de 65 mm ar funcționa. Dacă L=100 mm, maxim D=100 - 83.5=16.5 mm{-un încălzitor foarte mic. În acest caz, încălzitorul nu poate fi plasat în golul deflectorului; trebuie mutat.
Pentru rezervoarele cu convecție naturală (fără pompă, fără agitator), viteza curgerii este generată de flotabilitate. Creșterea vitezei maxime de-a lungul unui încălzitor este de aproximativ v=√(2 × g × × ΔT × L), unde g=9.81 m/s², este coeficientul de dilatare termică (0,0004/grad pentru apă), ΔT este diferența de temperatură dintre suprafața încălzitorului și volumul (10 grade) și L este lungimea încălzitorului (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-la minim. Orice restricție care reduce această viteză riscă supraîncălzirea. Pentru convecția naturală, diametrul încălzitorului trebuie să fie mai mic sau egal cu 30% din lățimea spațiului deflectorului pentru a evita sufocarea.
Tabelul de selectare a diametrului încălzitorului vs
| Lățimea spațiului deflectorului (mm) | Tipul fluxului | Minim necesar v (m/s) | Diametru exterior maxim al încălzitorului (mm) pentru v Mai mare sau egal cu min | Diametrul exterior al încălzitorului recomandat (mm) | Note |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | Forțat (pompă, agitator) | 0.3 | 25 | 20–25 | Strâns, dar fezabil |
| 50 | Convecție naturală | 0.25 | 15 | 12–16 | Încălzitor foarte mic |
| 75 | Forţat | 0.3 | 40 | 32–38 | Bun |
| 75 | Natural | 0.25 | 22 | 20–25 | Acceptabil |
| 100 | Forţat | 0.3 | 58 | 50 | Standard |
| 100 | Natural | 0.25 | 30 | 25 | Bine |
| 125 | Forţat | 0.3 | 83 | 75 | Posibil încălzitor mare |
| 150 | Forţat | 0.3 | 108 | 100 | Tipic pentru rezervoarele mari |
| 200 | Forţat | 0.3 | 158 | 150 | Se pot potrivi mai multe încălzitoare |
Consecințele încălzitorului supradimensionat în spațiul deflectorului
Dacă diametrul încălzitorului este prea mare pentru decalajul deflectorului (D > 0,6 × W pentru flux forțat, D > 0,3 × W pentru convecție naturală), apar trei probleme:
Stagnarea fluxului: Viteza scade sub 0,2 m/s. Coeficientul de transfer de căldură h scade de la 500–1.000 W/m²·K la 100–300 W/m²·K. Pentru o densitate constantă în wați, temperatura suprafeței PFA crește cu 20-50 de grade.
Supraîncălzire localizată: Punctul cel mai fierbinte este pe partea din aval a încălzitorului (în urma). Diferența de temperatură între amonte și aval poate ajunge la 20-30 de grade, provocând stres termic neuniform.
Scalare accelerată: Viteza redusă permite bulelor și particulelor să se lipească de încălzitor, formând solzi și biofilme. Scara reduce și mai mult transferul de căldură, creând o buclă de feedback pozitiv.
Inspecția pe teren a unui încălzitor supradimensionat într-un spațiu al deflectorului arată un model distinct: PFA este îngălbenit sau maro pe partea din aval, cu depuneri albe. Partea din amonte poate părea normală. Dacă se observă acest model, încălzitorul este prea mare pentru decalaj.
Alternative de instalare când distanța este prea mică
Dacă diametrul necesar al încălzitorului depășește maximul admisibil pentru spațiul deflectorului, luați în considerare următoarele alternative:
Mutați încălzitorul: Montați încălzitorul în centrul rezervorului (departe de deflectoare) sau într-o buclă de recirculare. Montarea centrală are adesea viteză de curgere mai mare decât golurile deflectoarelor.
Utilizați mai multe încălzitoare mai mici: În loc de un încălzitor de 50 mm, utilizați două încălzitoare de 25 mm. Suprafața totală (și puterea) poate fi aceeași, dar fiecare încălzitor mai mic are o restricție de debit mai mică.
Măriți decalajul deflectorului: Dacă proiectarea rezervorului permite, măriți W prin deplasarea deflectoarelor sau tăind marginile deflectoarelor. Adăugarea a 25 mm la decalaj permite un încălzitor de 50 mm unde doar 32 mm se potrivesc înainte.
Adăugați un accelerator de flux: Instalați un mic eductor sau duză cu jet în spațiul deflectorului pentru a crește viteza locală. Duza consumă puțină energie pompei, dar restabilește transferul de căldură.
Exemplu de câmp
Un rezervor de amestec de 5.000 L avea un decalaj de 80 mm. Uzina a instalat un încălzitor PFA de 63 mm (79% din gol). Viteza curgerii (măsurată) a fost de 0,12 m/s. Încălzitorul a crescut în decurs de 3 luni, iar temperatura suprafeței PFA a atins 115 de grade în apă de 70 de grade (creștere de 45 de grade). Instalația a înlocuit-o cu două încălzitoare de 25 mm (putere totală aceeași) amplasate de fiecare parte a deflectorului. Viteza în jurul fiecărui încălzitor a fost de 0,35 m/s. Scalare a scăzut, temperatura suprafeței a scăzut la 85 de grade, iar durata de viață a încălzitorului s-a extins de la 6 luni la 5 ani. Costul a două încălzitoare (2 × 500=500=1 000) a fost mai mare decât a unui încălzitor de 63 mm (800 USD), dar durata de viață mai lungă și timpul de nefuncționare redus s-au amortizat în 18 luni.
Concluzie: OD încălzitor mai mic sau egal cu 0,5 × spațiu debloc pentru flux forțat
Pentru un încălzitor PFA instalat într-un spațiu al deflectorului, selectați diametrul încălzitorului astfel încât OD mai mic sau egal cu 0,5 × lățimea spațiului deflectorului (W) pentru flux forțat (pompat sau agitat) și OD mai mic sau egal cu 0,3 × W pentru convecția naturală. Acest lucru asigură o zonă liberă suficientă pentru a menține viteza minimă de ocolire a fluxului de 0,3 m/s (forțat) sau 0,25 m/s (natural). Încălzitoarele supradimensionate sufocă fluxul, provocând viteză scăzută, temperatură ridicată a suprafeței, scalare accelerată și defecțiuni premature. Măsurați decalajul, calculați OD maxim admisibil și selectați corespunzător. Dacă OD necesară depășește limita, mutați încălzitorul sau utilizați mai multe încălzitoare mai mici. Spațiul deflectorului este pentru debit, nu pentru umplerea celui mai mare încălzitor posibil. Respectați decalajul, dimensionați încălzitorul, mențineți debitul. Încălzitorul dumneavoastră vă va mulțumi cu ani de serviciu.
