Trong các bể có vách ngăn-dùng để trộn, phản ứng hóa học và truyền nhiệt-khoảng trống giữa vách ngăn và thành bể tạo ra một kênh dẫn dòng chảy. Nếu bộ gia nhiệt PFA được đặt trong kênh này, tốc độ dòng chảy qua bộ gia nhiệt phải đủ để duy trì sự truyền nhiệt và ngăn ngừa quá nhiệt cục bộ. Vận tốc bỏ qua dòng chảy tối thiểu đối với bộ gia nhiệt PFA trong dịch vụ cấp nước là 0,3–0,5 m/s để giữ nhiệt độ bề mặt PFA trong khoảng 10 độ so với chất lỏng khối ở mật độ watt thông thường (3–5 W/cm2). Đối với khoảng cách vách ngăn nhất định (khoảng cách giữa mép vách ngăn và thành bể), đường kính bộ sưởi phải được chọn sao cho diện tích mặt cắt ngang của kênh rẽ nhánh xung quanh bộ sưởi đủ lớn để duy trì vận tốc. Quy tắc: OD của bộ gia nhiệt phải nhỏ hơn hoặc bằng 50% chiều rộng khe hở vách ngăn. Đối với khe hở vách ngăn 100 mm, đường kính ngoài tối đa của bộ gia nhiệt là 50 mm. Đối với khoảng cách 50 mm, đường kính ngoài tối đa của bộ gia nhiệt là 25 mm. Máy sưởi lớn hơn làm nghẹt dòng chảy, làm giảm tốc độ và gây ra hiện tượng quá nhiệt.
Tính toán vận tốc bỏ qua dòng chảy
Vận tốc trong khe hở vách ngăn là v=Q / A, trong đó Q là tốc độ dòng thể tích từ máy khuấy hoặc bơm tuần hoàn và A là diện tích mặt cắt ngang-của khe hở không bị bộ gia nhiệt chiếm giữ. Tổng chiều rộng khe hở là W, OD của bộ gia nhiệt là D và chiều cao của bể là H (giả sử ngập hoàn toàn). Vùng tự do A_free=(W - D) × H. Nếu D tiến đến W, A_free tiến đến 0, vận tốc giảm đáng kể. Để duy trì v Lớn hơn hoặc bằng 0,3 m/s, A_free phải Lớn hơn hoặc bằng Q/0,3. Đối với một bể thông thường có máy khuấy cung cấp Q=0.05 m³/s (3 m³/min), H=2 m, yêu cầu A_free=0.05 / 0.3=0.167 m2. Khi đó (W - D) × 2=0.167, nên W - D=0.0835 m=83.5 mm. Nếu W=150 mm, D tối đa=150 - 83.5=66.5 mm. Một lò sưởi 65 mm sẽ hoạt động. Nếu W=100 mm, D tối đa=100 - 83.5=16.5 mm-một lò sưởi rất nhỏ. Trong trường hợp này, lò sưởi không thể được đặt trong khe vách ngăn; nó phải được di dời.
Đối với bể đối lưu tự nhiên (không có máy bơm, không có máy khuấy), vận tốc dòng chảy được tạo ra nhờ sức nổi. Vận tốc tăng tối đa dọc theo lò sưởi là xấp xỉ v=√(2 × g × × ΔT × L), trong đó g=9.81 m/s², là hệ số giãn nở nhiệt (0,0004/độ đối với nước), ΔT là chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt lò sưởi và khối (10 độ ) và L là chiều dài lò sưởi (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-ở mức tối thiểu. Bất kỳ hạn chế nào làm giảm vận tốc này đều có nguy cơ quá nhiệt. Để đối lưu tự nhiên, đường kính lò sưởi phải nhỏ hơn hoặc bằng 30% chiều rộng khe hở vách ngăn để tránh bị nghẹt.
Bảng lựa chọn đường kính lò sưởi so với khe hở vách ngăn
| Chiều rộng khe hở vách ngăn (mm) | Loại dòng chảy | Yêu cầu tối thiểu v (m/s) | OD Bộ gia nhiệt tối đa (mm) cho v Lớn hơn hoặc bằng min | Khuyến nghị OD nóng (mm) | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | Cưỡng bức (máy bơm, máy khuấy) | 0.3 | 25 | 20–25 | Chặt chẽ nhưng khả thi |
| 50 | Đối lưu tự nhiên | 0.25 | 15 | 12–16 | Máy sưởi rất nhỏ |
| 75 | Bị ép | 0.3 | 40 | 32–38 | Tốt |
| 75 | Tự nhiên | 0.25 | 22 | 20–25 | Có thể chấp nhận được |
| 100 | Bị ép | 0.3 | 58 | 50 | Tiêu chuẩn |
| 100 | Tự nhiên | 0.25 | 30 | 25 | ĐƯỢC RỒI |
| 125 | Bị ép | 0.3 | 83 | 75 | Có thể có lò sưởi lớn |
| 150 | Bị ép | 0.3 | 108 | 100 | Điển hình cho xe tăng lớn |
| 200 | Bị ép | 0.3 | 158 | 150 | Nhiều máy sưởi có thể phù hợp |
Hậu quả của lò sưởi quá khổ ở khe hở vách ngăn
Nếu đường kính bộ gia nhiệt quá lớn so với khe hở vách ngăn (D > 0,6 × W đối với dòng cưỡng bức, D > 0,3 × W đối với đối lưu tự nhiên), có ba vấn đề xảy ra:
Dòng chảy ứ đọng: Vận tốc giảm xuống dưới 0,2 m/s. Hệ số truyền nhiệt h giảm từ 500–1.000 W/m2·K xuống 100–300 W/m2·K. Đối với mật độ watt không đổi, nhiệt độ bề mặt PFA tăng từ 20–50 độ.
Quá nhiệt cục bộ: Điểm nóng nhất nằm ở phía hạ lưu của lò sưởi (phía sau). Chênh lệch nhiệt độ giữa thượng lưu và hạ nguồn có thể lên tới 20–30 độ, gây ra ứng suất nhiệt không đồng đều.
Tăng tốc mở rộng quy mô: Vận tốc thấp cho phép bong bóng và các hạt bám vào lò sưởi, hình thành cặn và màng sinh học. Cân còn làm giảm sự truyền nhiệt hơn nữa, tạo ra vòng phản hồi tích cực.
Kiểm tra hiện trường một lò sưởi quá khổ trong khe hở vách ngăn cho thấy một đặc điểm khác biệt: PFA có màu vàng hoặc nâu ở phía hạ lưu, có cặn màu trắng. Phía thượng nguồn có thể xuất hiện bình thường. Nếu quan sát thấy mô hình này thì lò sưởi quá lớn so với khe hở.
Các lựa chọn thay thế lắp đặt khi khoảng cách quá nhỏ
Nếu đường kính bộ sưởi cần thiết vượt quá mức tối đa cho phép đối với khe hở vách ngăn, hãy xem xét các lựa chọn thay thế sau:
Di dời lò sưởi: Gắn thiết bị sưởi ở giữa bể (cách xa vách ngăn) hoặc trong vòng tuần hoàn. Việc lắp ở giữa thường có tốc độ dòng chảy cao hơn các khoảng trống ở vách ngăn.
Sử dụng nhiều máy sưởi nhỏ hơn: Thay vì một bộ sưởi 50 mm, hãy sử dụng hai bộ sưởi 25 mm. Tổng diện tích bề mặt (và công suất) có thể giống nhau, nhưng mỗi lò sưởi nhỏ hơn có giới hạn dòng chảy thấp hơn.
Tăng khoảng cách vách ngăn: Nếu thiết kế bể cho phép, hãy tăng W bằng cách di chuyển các vách ngăn hoặc cắt bớt các cạnh của vách ngăn. Thêm 25 mm vào khoảng cách cho phép lò sưởi 50 mm mà trước đây chỉ có 32 mm phù hợp.
Thêm bộ tăng tốc dòng chảy: Lắp một bộ dẫn điện nhỏ hoặc vòi phun phản lực vào khe hở vách ngăn để tăng vận tốc cục bộ. Vòi phun tiêu thụ một phần năng lượng của máy bơm nhưng vẫn phục hồi khả năng truyền nhiệt.
Ví dụ trường
Một thùng trộn 5.000 L có khe hở vách ngăn là 80 mm. Nhà máy đã lắp đặt một lò sưởi PFA 63 mm (79% khoảng cách). Vận tốc dòng chảy (đo được) là 0,12 m/s. Máy sưởi đã mở rộng quy mô trong vòng 3 tháng và nhiệt độ bề mặt PFA đạt tới 115 độ trong nước 70 độ (tăng 45 độ). Nhà máy đã thay thế nó bằng hai lò sưởi 25 mm (tổng công suất như nhau) được đặt ở hai bên của vách ngăn. Vận tốc xung quanh mỗi lò sưởi là 0,35 m/s. Tỷ lệ co giãn giảm, nhiệt độ bề mặt giảm xuống 85 độ và tuổi thọ của lò sưởi kéo dài từ 6 tháng đến 5 năm. Chi phí của hai bộ sưởi (2 × 500=500=1.000) cao hơn một bộ sưởi 63 mm ($800), nhưng tuổi thọ dài hơn và giảm thời gian ngừng hoạt động sẽ được hoàn vốn trong vòng 18 tháng.
Kết luận: OD của bộ gia nhiệt Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 × Khe hở vách ngăn cho dòng chảy cưỡng bức
Đối với bộ sưởi PFA được lắp đặt trong khe hở vách ngăn, hãy chọn đường kính bộ sưởi sao cho OD Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 × chiều rộng khe hở vách ngăn (W) cho dòng chảy cưỡng bức (được bơm hoặc khuấy trộn) và OD Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3 × W đối với đối lưu tự nhiên. Điều này đảm bảo đủ diện tích trống để duy trì tốc độ dòng chảy tối thiểu là 0,3 m/s (bắt buộc) hoặc 0,25 m/s (tự nhiên). Bộ gia nhiệt quá khổ làm nghẹt dòng chảy, gây ra tốc độ thấp, nhiệt độ bề mặt cao, cặn tăng nhanh và hư hỏng sớm. Đo khoảng cách, tính toán OD tối đa cho phép và chọn cho phù hợp. Nếu OD cần thiết vượt quá giới hạn, hãy di dời lò sưởi hoặc sử dụng nhiều lò sưởi nhỏ hơn. Khe hở vách ngăn là để tạo dòng chảy chứ không phải để nhét bộ sưởi lớn nhất có thể. Tôn trọng khoảng cách, kích thước lò sưởi, duy trì dòng chảy. Máy sưởi của bạn sẽ cảm ơn bạn với nhiều năm phục vụ.
