Sebuah loji kimia kehilangan pemanas rendaman PTFE 6 kW apabila pendesak pam edaran semula terhakis dan aliran menurun sebanyak kira-kira 60%. Suhu bendalir pukal kekal dalam 3 darjah titik set. Pengawal tidak melihat masalah. Tetapi suhu permukaan pemanas telah naik melepasi titik di mana bendalir di permukaan mula menguap. Selimut wap terbentuk, pemindahan haba runtuh, dan PTFE melepuh dan retak dalam beberapa jam.
Selimut wap ialah mod kegagalan paling mendadak untuk pemanas rendaman PTFE. Tidak seperti resapan atau keletihan, yang berkembang selama berbulan-bulan, selimut boleh memusnahkan pemanas dalam satu syif. Pencetus adalah hampir selalu penurunan dalam halaju aliran pada permukaan pemanas-keadaan yang menentukan sama ada haba boleh meninggalkan pemanas dengan cukup pantas untuk kekal di bawah takat didih bendalir.
Mengapa Selimut Wap Berlaku Sebelum Mendidih Pukal
Didih pukal berlaku apabila seluruh bendalir mencapai takat didihnya. Selimut wap berlaku pada permukaan pemanas manakala cecair pukal kekal di bawah mendidih. Mekanismenya adalah mudah: suhu permukaan pemanas sentiasa lebih tinggi daripada suhu cecair pukal. Jika perbezaannya cukup besar, bendalir yang bersentuhan dengan pemanas mencapai takat didihnya walaupun bendalir di sekelilingnya tidak.
Untuk air pada 80 darjah, takat didih ialah 100 darjah pada tekanan atmosfera. Pemanas yang beroperasi 25 darjah di atas pukal terletak pada 105 darjah -di atas takat didih tempatan. Gelembung wap terbentuk pada permukaan pemanas. Jika aliran mencukupi, buih-buih akan tertanggal dan runtuh dalam cecair pukal yang lebih sejuk. Jika aliran lemah, gelembung bergabung menjadi selimut wap yang melindungi pemanas.
Sebaik sahaja selimut terbentuk, pemindahan haba runtuh. Suhu permukaan pemanas meningkat, selalunya dalam beberapa saat, kepada julat degradasi PTFE. Polimer melembut, melepuh, dan retak. Kegagalan itu tidak dapat dipulihkan.
| Halaju Aliran pada Pemanas | Pemanas ΔT pada 1.2 W/cm² | Suhu Pemanas pada Pukal 80 darjah | Risiko Selimut Wap | Halaju Selamat Minimum |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6–10 darjah | 86–90 darjah | tiada | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10–15 darjah | 90–95 darjah | rendah | memadai |
| 0.15–0.3 m/s | 15–22 darjah | 95–102 darjah | Sederhana | Marginal |
| 0.05–0.15 m/s | 22–35 darjah | 102–115 darjah | tinggi | Di bawah minimum |
| <0.05 m/s | 35–50 darjah | 115–130 darjah | Sangat tinggi | Tidak selamat |
Halaju aliran dan risiko selimut wap untuk pemanas rendaman PTFE dalam mandian berair pada 80 darjah
Ambang Halaju Minimum
Halaju aliran minimum yang diperlukan untuk mengelakkan selimut wap bergantung pada bendalir, ketumpatan watt, dan suhu pukal. Untuk mandian berasaskan air-pada 60–80 darjah dan ketumpatan watt 1.0–1.5 W/cm², halaju permukaan pemanas sekurang-kurangnya 0.15 m/s secara amnya mencukupi untuk menanggalkan buih wap sebelum ia bergabung.
Di bawah 0.15 m/s, margin mengecil dengan cepat. Pada 0.1 m/s, jarak pemanas-ke-pukal boleh melebihi 25 darjah , menolak suhu permukaan pemanas melepasi takat didih setempat dalam tab mandi melebihi 70 darjah . Pada 0.05 m/s-bersifat bertakung secara berkesan-jurang boleh melebihi 40 darjah dan selimut wap bermula dalam mandian melebihi 60 darjah .
Untuk cecair likat, halaju minimum adalah lebih tinggi. Bendalir dengan tiga kali ganda kelikatan air memerlukan kira-kira 1.5 kali halaju untuk mencapai ketebalan lapisan sempadan yang sama. Untuk nikel sulfamat pada 55 darjah, halaju minimum untuk operasi selamat pada 1.2 W/cm² ialah lebih kurang 0.25 m/s.
| Jenis Bendalir | Kelikatan pada Suhu Operasi | Halaju Minimum pada 1.0 W/cm² | Halaju Minimum pada 1.5 W/cm² |
|---|---|---|---|
| air | 0.5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Asid cair | 0.7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Watt nikel | 2.0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Nikel sulfamat | 3.5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Nikel tanpa elektrik | 4.5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Halaju aliran minimum untuk menghalang penyelupan wap dalam pemasangan pemanas rendaman PTFE
Mengapa Tangki-Pengukuran Aliran Tahap Mengelirukan
Halaju aliran pada permukaan pemanas hampir selalu lebih rendah daripada halaju purata tangki. Paip sparge dan eduktor diletakkan untuk menggerakkan bendalir di sekeliling bahan kerja, bukan di sekitar pemanas. Pemanas selalunya terletak di sudut, di belakang panduan rak, atau di dinding bertentangan dengan salur masuk di mana halaju tempatan adalah sebahagian kecil daripada purata pukal.
Pengukuran medan dalam tangki penyaduran secara konsisten menunjukkan halaju aras-pemanas 30–70% di bawah purata tangki. Di zon mati, pengurangan boleh menjadi 80-90%. Sebuah tangki dengan halaju nominal 0.3 m/s mungkin hanya mempunyai 0.05–0.1 m/s pada permukaan pemanas.
Inilah sebabnya mengapa pengukuran aliran aras tangki-tidak boleh digunakan untuk mengesahkan operasi pemanas yang selamat. Pengukuran mesti diambil di lokasi pemanas, atau pemanas mesti diletakkan dalam zon aliran tinggi-yang diketahui dengan jidar yang mencukupi.
Langkah-Langkah Praktikal untuk Mengekalkan Halaju Selamat
Letakkan pemanas di laluan aliran utama. Halaju tertinggi dan aliran paling seragam berlaku di tengah tangki atau terus sejajar dengan salur masuk edaran. Elakkan sudut, di belakang penyekat dan berhampiran bendung limpahan.
Gunakan eductor khusus atau paip sparge yang diarahkan pada pemanas. Muncung eductor kecil diletakkan 150–250 mm dari pemanas dan disasarkan di sepanjang permukaan pemanas menaikkan halaju setempat kepada 0.3–0.5 m/s. Ini adalah kaedah yang paling boleh dipercayai untuk mengekalkan halaju selamat pada pemanas.
Pasang suis aliran atau sensor pembezaan tekanan untuk mengesan kehilangan peredaran. Suis aliran dalam talian nyahcas pam memotong kuasa ke pemanas jika aliran turun di bawah ambang selamat. Suis hendaklah bebas daripada sistem kawalan utama dan harus memerlukan tetapan semula manual.
Kurangkan ketumpatan watt dalam-zon aliran rendah. Jika pemanas mesti beroperasi di lokasi di mana aliran tidak dapat dikekalkan melebihi 0.15 m/s, ketumpatan watt mesti dikurangkan untuk mengekalkan suhu permukaan pemanas di bawah takat didih tempatan. Dalam zon bertakung, ketumpatan watt selamat ialah 0.6–0.8 W/cm².
Apabila Pemanas Standard Tidak Dapat Mengekalkan Halaju Selamat
Tangki dengan pelekap dalaman yang kompleks dan peredaran terhad selalunya tidak dapat memberikan halaju aliran yang diperlukan oleh operasi pemanas yang selamat. Pemanas yang beroperasi dengan baik dalam isipadu tangki utama mungkin kekurangan aliran di sudut atau di belakang lekapan.
Konfigurasi pemanas rendaman PTFE tersuai dengan-kedudukan dioptimumkan aliran, pengajar khusus dan ketumpatan watt yang lebih rendah menangani punca kebuluran aliran. Proses spesifikasi memerlukan dimensi tangki, susun atur peredaran, kedudukan pemanas, kimia mandi, dan watt yang diperlukan. Untuk kemudahan dengan berbilang tangki, pendekatan khusus-aplikasi ini mengurangkan risiko selimut wap dan memanjangkan hayat perkhidmatan pemanas.
