증기 구역 과열을 방지하기 위해 부동 액체 레벨이 있는 탱크에 대해 올바른 PFA 히터 길이를 선택하는 방법은 무엇입니까?

PFA 히터는 액체 레벨이 떠 있는 탱크에서 다양한 침수 깊이에 노출됩니다(일괄 처리, 간헐적 충전, 증발/농축). 최소 액체 레벨에 비해 너무 긴 경우 상당한 양의 히터가 증기 영역에서 작동하여 과열, PFA 저하 및 조기 고장을 초래할 수 있습니다. L_heater L_min_immersion × (1 + f)보다 작거나 같습니다. 여기서 f는 증기 내 허용되는 히터 비율(보통 15~25%)이며 적절한 히터 길이 L_heater로 충족되어야 합니다. 최소 수위가 1.0m이고 최대 수위가 3.0m인 탱크의 이상적인 히터 길이는 1.2~1.3m(최소 수위보다 20~30% 높음)입니다. 최소 레벨에서 1.0m가 노출된 더 긴 히터(2.0m)로 인해 급격한 고장이 발생합니다. 와트 밀도가 균일하지 않은-히터(상단의 전력이 낮음)를 사용하거나 레벨별로(낮음, 중간, 높음) 단계적으로 배열된 여러 히터를 사용하여 다양한 레벨을 처리합니다. 목표는 증기 구역 와트 밀도를 0.5~1.0W/cm² 미만으로 유지하여 PFA 온도를 180도 이상으로 방지하는 것입니다.

증기 구역의 온도 및 출력 밀도
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total)은 균일한 히터(전체 길이에 걸쳐 일정한 와트 밀도)가 있는 증기 영역의 전력입니다. q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=상수는 증기대 열유속입니다! 따라서 노출량에 관계없이 증기 구역의 와트 밀도는 액체 구역의 와트 밀도와 정확히 동일합니다. 그게 문제입니다. 액체에서 3W/cm²용 히터의 노출된 부분은 3W/cm²를 경험합니다. 증기에서 3W/cm²(h=10–50 W/m²·K 대 액체에서 . 1,000)의 표면 온도는 600–3,000도입니다(불가능). 히터가 실제로 자체 조절될 때 저항선이 가열되고 PFA가 녹거나 열 차단이 작동됩니다.- 매우 낮은 증기대 열 유속-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

선택 기준: 증기대 열유속은 1.0W/cm² 이하여야 합니다. 총 와트 밀도가 q_total인 히터에 대해 허용된 노출 비율 L_vapor/L_total은 q_max_vapor/q_total과 같습니다. q_total=3 W/cm²에 대한 L_vapor/L_total=1.0/3.0=0.33 (33% 노출 허용). 따라서 L_heater는 최소 액체 높이가 1.0m인 경우 1.0 / (1 – 0.33)=1.5 m보다 작거나 같습니다. 안전을 위해 실제로는 20~25% 노출을 활용하세요.

히터 길이 선택 표
최대 허용 증기 분율 q_total(W/cm²) 최소 액체 높이(m) 최대 액체 높이(m)최대 히터 길이(m) 권장 히터 길이(m) 구성
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 최소 수준 내의 짧은 히터 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 허용 가능 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 양호 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 한계; 단계적 히터를 사용하다
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 더 높은 와트 밀도를 위해서는 더 짧은 히터가 필요합니다.
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 와트 밀도가 낮을수록 히터 길이가 길어질 수 있습니다.
임의 임의 임의 임의 0.15(보수적) L_min / (1 – 0.15)=L_min/0.85 0.85× L_min 보수적 설계
다양한 레벨을 위한 단계가 있는 히터
단일 히터는 최소 레벨이 1.0m이고 최대 레벨이 4.0m(4× 변동)인 경우 낮은 레벨에서 과열 없이 두 극단을 모두 서비스할 수 없습니다. 3단 히터를 활용하세요:

히터 A는 짧고(1.2m), 낮게-장착되어 지속적으로 사용됩니다(최소 레벨이 이를 덮음).

히터 B: 중간(2.5m), 수위가 1.5m보다 높을 때 활성화

히터 C는 길이가 4.0m이고 수위가 2.5m보다 높을 때 활성화됩니다.

레벨 센서를 기반으로 제어 시스템이 히터를 활성화합니다. 완전히 물에 잠긴 히터 A만 최소 높이(1.0m)에서 작동합니다. 중간 수준의 A+B 기능. 세 가지 모두 최대 수준에서 작동합니다. 최대 와트 밀도에서는 히터가 증기 구역을 경험하지 않습니다.

상단의 전력은 낮고 하단의 전력은 높은 불균일한 와트 밀도 히터가 대안입니다. 2.0m 히터의 경우 상단 0.5m를 0.5W/cm²(낮은 수준에 노출)로 설계하고 하단 1.5m를 3.5W/cm²로 설계합니다. 이를 위해서는 맞춤형 와인딩이 필요합니다(기사 #25 참조).. 20–30% 더 비쌉니다.

현장에서의 예
배치 사이클 동안 화학 증발기의 액체 수위는 0.8미터에서 2.5미터 사이로 다양했습니다. 원래 히터는 최대 레벨로 제작되었으며 길이는 2.4미터로 측정되었습니다.{4}}미터의 히터가 최소 임계값(0.8미터)에서 증기에 노출되었습니다. 3개월 후 PFA는 공기 중 3W/cm²에서 작동하는 노출 영역으로 인해 갈색으로 변하고 갈라졌습니다. 공장 옆에 1.1m 히터(최소 레벨에서도 완전히 매립됨)가 설치되었습니다. 히터에 대한 최소 수준을 유지하기 위해 배치 크기를 줄였음에도 불구하고 생산량이 감소했습니다. 그 후 공장은 수위가 1.5m 이상일 때만 켜지는 2.0m 히터와 지속적으로 켜져 있는 1.2m 히터를 갖춘 단계적 시스템을 설정했습니다. 1.2m 히터에서는 증기가 전혀 보이지 않습니다. 낮은 레벨에서는 2.0m 히터가 켜지지 않습니다. 생산 능력이 회복되었고 두 히터 모두 3년 이상 지속되었습니다.

결론적으로, 25% 증기 허용량의 경우 L_heater는 L_min / 0.75보다 작거나 같습니다.
액체 수위가 떠 있는 탱크에서는 L_heater가 L_min_immersion / (1 – f)보다 작거나 같도록 히터 길이 L_heater를 선택합니다. 여기서 f는 증기 영역 과열을 방지하기 위해 허용되는 증기 비율(보통 0.20–0.25)입니다. L_heater L_min=1.0 m의 경우 1.0 / 0.75=1.33 m보다 작거나 같습니다. 필요한 길이가 더 긴 경우에는 균일하지 않은- 와트 밀도 히터 또는 레벨 센서에 의해 작동되는 다수의 히터인 다단계 히터를 사용하십시오. 히터 수명이 길어지고 가동 중지 시간이 줄어들어 스테이징 비용이 절감됩니다. 증기에 노출된 최대 와트 밀도의 히터가 고장나기까지는 몇 달이 걸릴 것입니다. 증기 구역을 보호하려면 전력을 거의 또는 전혀 사용하지 마십시오. 여러 수준의 단일 긴 히터는 작동하지 않습니다. 스테이징은 그렇습니다. 가장 높은 수준을 목표로 하기보다는 가장 낮은 수준을 목표로 디자인하세요. 탱크가 부족하면 히터가 견뎌야 합니다. 그 시점에서는 실패합니다. 그것을 보호하려면 스테이징이나 짧은 길이를 사용하십시오. 당신의 배치는 감사할 것입니다.