Một nhà máy hóa chất đã mất máy sưởi ngâm PTFE công suất 6 kW khi cánh quạt bơm tuần hoàn bị mòn và lưu lượng giảm khoảng 60%. Nhiệt độ chất lỏng lớn vẫn nằm trong khoảng 3 độ của điểm đặt. Bộ điều khiển thấy không có vấn đề gì. Nhưng nhiệt độ bề mặt lò sưởi đã vượt quá điểm mà chất lỏng trên bề mặt bắt đầu bốc hơi. Một lớp màng hơi hình thành, quá trình truyền nhiệt bị suy giảm và PTFE bị phồng rộp và nứt trong vòng vài giờ.
Che phủ hơi là chế độ hư hỏng đột ngột nhất đối với lò sưởi ngâm PTFE. Không giống như tình trạng thấm hoặc mỏi, phát triển qua nhiều tháng, việc che phủ có thể phá hủy lò sưởi chỉ trong một ca. Yếu tố kích hoạt hầu như luôn là sự sụt giảm tốc độ dòng chảy ở bề mặt bộ làm nóng-điều kiện xác định liệu nhiệt có thể rời khỏi bộ làm nóng đủ nhanh để duy trì dưới điểm sôi của chất lỏng hay không.
Tại sao hiện tượng phủ hơi xảy ra trước khi đun sôi số lượng lớn
Sự sôi lớn xảy ra khi toàn bộ chất lỏng đạt đến điểm sôi. Sự bao phủ hơi xảy ra ở bề mặt bộ gia nhiệt trong khi chất lỏng vẫn ở dưới mức sôi. Cơ chế rất đơn giản: nhiệt độ bề mặt lò sưởi luôn cao hơn nhiệt độ chất lỏng khối. Nếu chênh lệch đủ lớn, chất lỏng tiếp xúc với bộ gia nhiệt sẽ đạt đến điểm sôi mặc dù chất lỏng xung quanh thì không.
Đối với nước ở 80 độ, điểm sôi là 100 độ ở áp suất khí quyển. Một lò sưởi hoạt động ở nhiệt độ lớn hơn 25 độ nằm ở nhiệt độ 105 độ -trên điểm sôi cục bộ. Bong bóng hơi hình thành ở bề mặt lò sưởi. Nếu lưu lượng đủ, các bong bóng sẽ tách ra và xẹp xuống trong khối chất lỏng nguội hơn. Nếu dòng chảy yếu, các bong bóng sẽ kết hợp lại thành một tấm chăn hơi cách nhiệt cho lò sưởi.
Một khi tấm chăn hình thành, quá trình truyền nhiệt sẽ ngừng lại. Nhiệt độ bề mặt lò sưởi tăng đột biến, thường trong vòng vài giây, đến phạm vi phân hủy của PTFE. Polyme mềm đi, phồng rộp và nứt. Sự thất bại là không thể đảo ngược.
| Vận tốc dòng chảy ở lò sưởi | Máy sưởi ΔT ở mức 1,2 W/cm2 | Nhiệt độ nóng ở 80 độ Số lượng lớn | Nguy cơ che phủ hơi | Vận tốc an toàn tối thiểu |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6–10 độ | 86–90 độ | Không có | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10–15 độ | 90–95 độ | Thấp | Đủ |
| 0.15–0.3 m/s | 15–22 độ | 95–102 độ | Vừa phải | cận biên |
| 0.05–0.15 m/s | 22–35 độ | 102–115 độ | Cao | Dưới mức tối thiểu |
| <0.05 m/s | 35–50 độ | 115–130 độ | Rất cao | Không an toàn |
Tốc độ dòng chảy và nguy cơ che phủ hơi đối với bộ gia nhiệt ngâm PTFE trong bể chứa nước ở 80 độ
Ngưỡng vận tốc tối thiểu
Vận tốc dòng chảy tối thiểu cần thiết để ngăn chặn sự che phủ hơi phụ thuộc vào chất lỏng, mật độ watt và nhiệt độ khối. Đối với bồn tắm dùng nước-ở nhiệt độ 60–80 độ và mật độ watt là 1,0–1,5 W/cm², tốc độ bề mặt của thiết bị sưởi ít nhất là 0,15 m/s thường đủ để tách bong bóng hơi trước khi chúng kết lại.
Dưới 0,15 m/s, biên độ thu hẹp nhanh chóng. Ở tốc độ 0,1 m/s, khe hở từ bộ gia nhiệt-đến{4}}có thể vượt quá 25 độ , đẩy nhiệt độ bề mặt bộ gia nhiệt vượt quá điểm sôi cục bộ trong bồn tắm trên 70 độ . Ở tốc độ 0,05 m/s-ứ đọng một cách hiệu quả{10}}khe hở có thể vượt quá 40 độ và quá trình phủ hơi bắt đầu trong các bồn tắm có nhiệt độ trên 60 độ .
Đối với chất lỏng nhớt, vận tốc tối thiểu cao hơn. Một chất lỏng có độ nhớt gấp ba lần nước cần vận tốc gấp khoảng 1,5 lần để đạt được cùng độ dày lớp biên. Đối với niken sunfat ở nhiệt độ 55 độ, vận tốc tối thiểu để vận hành an toàn ở mức 1,2 W/cm2 là khoảng 0,25 m/s.
| Loại chất lỏng | Độ nhớt ở nhiệt độ hoạt động | Vận tốc tối thiểu ở mức 1,0 W/cm2 | Vận tốc tối thiểu ở mức 1,5 W/cm2 |
|---|---|---|---|
| Nước | 0,5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Axit loãng | 0,7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Watt niken | 2,0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Niken sunfat | 3,5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Niken điện phân | 4,5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Vận tốc dòng chảy tối thiểu để ngăn chặn sự phủ hơi trong lắp đặt lò sưởi ngâm PTFE
Tại sao các phép đo mức lưu lượng của xe tăng lại gây hiểu lầm
Vận tốc dòng chảy ở bề mặt bộ sưởi hầu như luôn thấp hơn vận tốc trung bình-của bể. Ống rưới và bộ dẫn điện được bố trí để di chuyển chất lỏng xung quanh phôi, không phải xung quanh bộ gia nhiệt. Máy sưởi thường nằm ở một góc, phía sau thanh dẫn hướng giá đỡ hoặc trên bức tường đối diện với cửa vào nơi vận tốc cục bộ bằng một phần nhỏ so với mức trung bình khối.
Các phép đo hiện trường trong bể mạ luôn cho thấy tốc độ-của bộ gia nhiệt thấp hơn mức trung bình của bể từ 30–70%. Ở vùng chết, mức giảm có thể là 80–90%. Một bể có vận tốc danh nghĩa 0,3 m/s có thể chỉ có 0,05–0,1 m/s ở bề mặt lò sưởi.
Đây là lý do tại sao không thể sử dụng-các phép đo lưu lượng mực nước trong bể để xác minh hoạt động an toàn của bộ sưởi. Phép đo phải được thực hiện tại vị trí bộ sưởi hoặc bộ sưởi phải được đặt ở vùng có-lưu lượng cao đã biết với biên độ thích hợp.
Các biện pháp thiết thực để duy trì vận tốc an toàn
Đặt lò sưởi trong đường dẫn dòng chảy chính. Vận tốc cao nhất và dòng chảy đồng đều nhất xảy ra ở trung tâm bể hoặc trực tiếp với đầu vào tuần hoàn. Tránh các góc, phía sau vách ngăn và gần đập tràn.
Sử dụng một ống dẫn điện chuyên dụng hoặc ống rưới hướng vào lò sưởi. Một vòi phun nhỏ được đặt cách thiết bị sưởi 150–250 mm và hướng dọc theo bề mặt thiết bị sưởi sẽ tăng vận tốc cục bộ lên 0,3–0,5 m/s. Đây là phương pháp đáng tin cậy nhất để duy trì vận tốc an toàn ở lò sưởi.
Lắp đặt công tắc dòng chảy hoặc cảm biến chênh lệch áp suất để phát hiện tình trạng mất tuần hoàn. Công tắc dòng chảy trong đường xả của máy bơm sẽ cắt nguồn điện của lò sưởi nếu lưu lượng giảm xuống dưới ngưỡng an toàn. Công tắc phải độc lập với hệ thống điều khiển chính và cần phải đặt lại bằng tay.
Giảm mật độ watt ở các vùng có-lưu lượng thấp. Nếu thiết bị sưởi phải hoạt động ở vị trí mà dòng chảy không thể duy trì trên 0,15 m/s thì phải giảm mật độ watt để giữ nhiệt độ bề mặt thiết bị sưởi dưới điểm sôi cục bộ. Ở những vùng ứ đọng, mật độ watt an toàn là 0,6–0,8 W/cm2.
Khi máy sưởi tiêu chuẩn không thể duy trì vận tốc an toàn
Các bể có thiết bị cố định bên trong phức tạp và khả năng lưu thông hạn chế thường không thể cung cấp tốc độ dòng chảy mà hoạt động của bộ sưởi an toàn yêu cầu. Một máy sưởi hoạt động tốt với thể tích bể chính có thể bị thiếu dòng chảy ở một góc hoặc phía sau thiết bị cố định.
Cấu hình bộ gia nhiệt nhúng PTFE tùy chỉnh với vị trí-tối ưu hóa dòng chảy, bộ dẫn điện chuyên dụng và mật độ watt thấp hơn sẽ giải quyết nguyên nhân gốc rễ của tình trạng thiếu dòng chảy. Quá trình xác định thông số kỹ thuật yêu cầu kích thước bể, cách bố trí tuần hoàn, vị trí bộ gia nhiệt, hóa chất trong bể và công suất yêu cầu. Đối với các cơ sở có nhiều bể chứa, phương pháp tiếp cận dành riêng cho ứng dụng-này giúp giảm nguy cơ che phủ hơi nước và kéo dài tuổi thọ của máy sưởi.
