Un încălzitor vertical PFA poate dezvolta o diferență de temperatură între partea de sus și de jos din cauza convecției naturale (mai fierbinte în partea de sus) sau a înfășurării ne-uniforme. Când secțiunea superioară este semnificativ mai fierbinte decât cea inferioară, nepotrivirea de dilatare termică creează stres de compresiune în regiunea mai fierbinte. Dacă efortul de compresiune depășește sarcina critică de flambaj a tubului PFA, mantaua se prinde-formând o undă sau îndoire care intră în contact cu peretele rezervorului sau cu încălzitoarele adiacente. Pentru un încălzitor PFA de 1,2 m lungime cu 25 mm OD, 2 mm perete, gradientul maxim admisibil de temperatură axială (ΔT între sus și jos) este de 25–35 de grade pentru un încălzitor vertical-in picioare. Peste 40 de grade, flambajul are loc în 100-500 de cicluri termice. Pentru încălzitoarele constrânse de suporturi, gradientul admis este mai mic (15-25 grade). Gradientul critic depinde de raportul de subțire a tubului (lungime/diametru) și de grosimea peretelui.
Mecanica de flambaj și stres critic
Când un tub este încălzit ne-uniform, secțiunea mai fierbinte se extinde mai mult decât secțiunea mai rece. Dacă capetele sunt constrânse (de flanșa de montare în sus și vârful liber în jos), secțiunea mai fierbinte intră în compresie. Tensiunea critică de flambaj pentru un tub cu pereți subțiri este σ_crit=(π² × E × I) / (L² × A), unde E este modulul elastic al PFA (500–700 MPa la 100 de grade), I este momentul de inerție, L este lungimea secțiunii mai fierbinți și A este aria secțiunii transversale-. Pentru un tub de perete de 25 mm OD, 2 mm, I=π/64 × (OD⁴ - ID⁴)=0.049 × (25⁴ - 21⁴)=0.049 × (390,625 - 194,481) {{23},{1}}, {{23}, - 21⁴)=0.049 × (390,625 - 194,481) {{23},{1}},{1}},{19}} A=144.5 mm². Pentru o lungime a secțiunii mai fierbinți de 0,6 m (jumătate din încălzitor), σ_crit=(π² × 600 × 9.611) / (600² × 144,5)=(9.870 × 9.611) / (360.000 × 144,5}) / (360.000 × 144,5}2)=94.82}e{444,5} MPa. Tensiunea de compresiune din dilatarea termică este σ_thermal=E × × ΔT, unde=110 ppm/ grad . Setarea σ_thermal=σ_crit: ΔT_crit=σ_crit / (E × )=1.82 / (600 × 110e-6)=1.82 / 0.066=27.6 grade . Aceasta se potrivește cu intervalul empiric de 25-35 de grade.
Dacă întreaga lungime a încălzitorului (1,2 m) este secțiunea mai fierbinte, L crește, σ_crit scade la 0,45 MPa și ΔT_crit scade la 6,8 grade -nepractic. Aceasta înseamnă că flambajul este cel mai probabil atunci când zona fierbinte se află la un capăt (sus sau jos), mai degrabă decât să se răspândească uniform. Pentru un încălzitor care este mai fierbinte în partea de sus (profil tipic de convecție naturală), lungimea zonei fierbinți este adesea de 30–50% din lungimea totală, dând ΔT_crit în intervalul 25–35 de grade.
Gradient termic permis prin geometria încălzitorului
| Lungimea încălzitorului (m) | OD (mm) | Perete (mm) | Lungimea zonei fierbinți (m) | σ_crit (MPa) | ΔT_crit (grad) | ΔT maxim recomandat pentru funcționare în siguranță |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 | 25 | 2.0 | 0,4 (top 50%) | 4.2 | 64 | 40 de grade |
| 1.0 | 25 | 2.0 | 0.5 | 2.7 | 41 | 30 de grade |
| 1.2 | 25 | 2.0 | 0.6 | 1.8 | 27 | 20 de grade |
| 1.5 | 25 | 2.0 | 0.75 | 1.2 | 18 | 15 grade |
| 1.2 | 25 | 1.5 | 0.6 | 1.2 | 18 | 15 grade (perete mai slab) |
| 1.2 | 32 | 2.5 | 0.6 | 2.5 | 38 | 25 de grade (tub mai rigid) |
| 1.2 | 25 | 2.5 | 0.6 | 2.2 | 33 | 25 de grade (perete mai gros) |
| 1.2 cu compatibilitate la mijloc-span | 25 | 2.0 | 0,6 (două secțiuni de 0,3 m) | 7,3 fiecare | 110 | 60 de grade (suporturile previn flambajul) |
Prevenirea flambajului în practică
Pentru un încălzitor PFA de 1,2 m, limitați gradientul vertical de temperatură la maximum 20 de grade pentru o funcționare sigură,-pe termen lung. Dacă profilul de convecție naturală creează un gradient de 15 grade (80 de grade de jos, 95 de grade de sus), încălzitorul este sigur. Dacă gradientul atinge 25 de grade, flambajul poate apărea după mai multe cicluri. Dacă gradientul atinge 35 de grade, flambajul este probabil în câteva săptămâni.
Pentru a reduce gradientul termic:
Utilizați un încălzitor cu pas variabil-(mai multă putere în partea de jos, mai puțină în partea de sus) pentru a potrivi generarea de căldură cu pierderea locală de căldură.
Adăugați o pompă de recirculare pentru a elimina stratificarea naturală prin convecție.
Instalați un manșon metalic sau un inel de ghidare în jurul încălzitorului la mijlocul{0}}înălțimii (500–600 mm de la flanșă). Inelul de ghidare previne mișcarea laterală, ridicând sarcina critică de flambaj cu 4× (lungimea efectivă înjumătățită, σ_crit de patru ori). Inelul de ghidare nu trebuie să se prindă strâns; permiteți un spațiu liber de 2–3 mm pentru dilatare termică.
Reduceți densitatea de wați în zona superioară prin scăderea puterii totale sau prin creșterea suprafeței încălzitorului.
Detectarea flambajului
Flambarea este vizibilă ca o îndoire sau undă permanentă în teaca PFA. Semne timpurii: încălzitorul nu mai atârnă vertical; atinge peretele rezervorului sau încălzitoarele adiacente. Contactul cu peretele rezervorului creează supraîncălzire localizată (PFA împotriva metalului), ducând la formarea de vezicule. Dacă se detectează flambaj, de-deconectați imediat încălzitorul. Forma cu cataramă nu se va îndrepta când este răcită; PFA a cedat permanent. Înlocuiți încălzitorul. Înainte de înlocuire, reduceți gradientul termic ajustând distribuția puterii sau adăugând debit.
Exemplu de câmp
Un încălzitor de 1,2 m PFA într-o baie de placare la 90 de grade cu circulație slabă a avut o diferență de temperatură măsurată de sus{2}}și-de jos de 28 de grade (inferioară 76 de grade, partea de sus 104 de grade). După 3 luni, operatorii au observat că încălzitorul atingea peretele rezervorului. Inspecția a scos la iveală un arc de 15 mm la mijlocul{11}}înălțimii. Incalzitorul a fost inlocuit. După instalarea unei pompe de recirculare, gradientul a scăzut la 8 grade. Încălzitorul de schimb a rămas drept timp de 3+ ani. Costul pompei (500) a fost mai mic decât încălzitorul de schimb cu costul fon (500) a fost mai mic decât încălzitorul de schimb cu costul (800) plus timpul de nefuncționare.
Concluzie: Gradient maxim de 20 de grade pentru încălzitor de 1,2 m
Pentru un încălzitor PFA de 1,2 m lungime cu 25 mm OD, 2 mm perete, gradientul termic maxim admisibil între partea de sus și de jos pentru a evita flambajul este de 20-25 de grade pentru o funcționare continuă în siguranță. Depășirea temperaturii de 35 de grade cauzează flambaj în câteva săptămâni. Gradientul critic este mai mic pentru încălzitoarele mai lungi (1,5 m: 15 grade) și pentru pereții mai subțiri (1,5 mm: 15 grade). Pentru a preveni flambajul, măsurați profilul vertical de temperatură, reduceți gradientul prin recirculare sau încălzitoare cu pas variabil-și adăugați inele de ghidare la mijloc-dacă pantele sunt inevitabile. Flambarea nu este o defecțiune treptată-este o instabilitate geometrică bruscă care deformează permanent încălzitorul. Respectați gradientul, susțineți încălzitorul sau ambele. Un încălzitor drept este un încălzitor fericit. Păstrează-l drept, păstrează-l în siguranță.
