Et kjemisk anlegg bestilte to PTFE-dyppeovner for identiske tanker. Den ene hadde en 1,5 mm PTFE-kappe. Den andre hadde en 2,5 mm slire. Begge ble vurdert for samme watt og spenning. Etter atten måneder fungerte den tynne-kappevarmeren fortsatt bra. Den tykke-mantelvarmeren hadde sviktet-ikke på grunn av permeasjon, men på grunn av lokal overoppheting. Den tykkere kappen hadde tilført nok termisk motstand til å presse overflatetemperaturen inn i degraderingsområdet.
Manteltykkelsen er en av de mest konsekvensbeslutninger i spesifikasjonene for PTFE-dykkvarmer, og en av de minst forståtte. En tykkere kappe gir en lengre gjennomtrengningsbane og bedre mekanisk holdbarhet. Men det legger også til termisk motstand, og øker overflatetemperaturen for en gitt watttetthet. Den sikre watttettheten avhenger av kappens tykkelse.
Den termiske motstanden til PTFE-kappen
Varme må krysse PTFE-kappen før den når prosessvæsken. Hylsens termiske motstand er proporsjonal med tykkelsen og omvendt proporsjonal med dens varmeledningsevne. For PTFE ved 0,25 W/m·K, legger en 1,5 mm kappe til omtrent 6 graders temperaturfall ved 1,0 W/cm². En 2,5 mm kappe legger til ca. 10 grader. En 3,5 mm kappe gir omtrent 14 grader.
Disse temperaturfallene øker det konvektive fallet ved overflaten og de indre dråpene over fyllstoffet og metallkappen. Den totale overflate-til-massegapet bestemmer den faktiske driftstemperaturen til polymeren.
| Hylsetykkelse | Termisk motstand | Overflate ΔT ved 1,0 W/cm² | Overflate ΔT ved 1,5 W/cm² | Relativ permeasjonsvei |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Lav | 4 grader | 6 grader | Kort |
| 1,5 mm | Moderat | 6 grader | 9 grader | Moderat |
| 2,0 mm | Moderat – Høy | 8 grader | 12 grader | Lang |
| 2,5 mm | Høy | 10 grader | 15 grader | Lengre |
| 3,0 mm | Veldig høy | 12 grader | 18 grader | Lengst |
Termisk motstand og permeasjonsvei for vanlige PTFE-hylstertykkelser
Hvorfor sikker watt-tetthet reduseres når hylstertykkelsen øker
Den sikre watt-tettheten er watt-tettheten som holder overflatetemperaturen innenfor det sikre området for polymeren. Når kappetykkelsen øker, øker den termiske motstanden, slik at overflatetemperaturen stiger for en gitt watttetthet. For å holde overflatetemperaturen innenfor det sikre området, må watt-tettheten reduseres.
For en 1,5 mm kappe i et bad ved 60 grader, kan en watttetthet på 1,4 W/cm² holde overflatetemperaturen under 100 grader. For en 2,5 mm kappe i samme bad faller den sikre watt-tettheten til 1,0–1,2 W/cm². Den tykkere kappen krever en lavere watttetthet for å oppnå samme overflatetemperatur.
| Hylsetykkelse | Maks watttetthet for overflate<100°C | Maks watttetthet for overflate<110°C | Maks watttetthet for overflate<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Maksimal watttetthet for forskjellige kappetykkelser og overflatetemperaturgrenser
Forskjellen-mellom holdbarhet og varmeoverføring
En tykkere kappe gir bedre mekanisk holdbarhet og lengre gjennomtrengningsbane. Men det krever også en lavere watttetthet, noe som betyr mer overflateareal for samme wattstyrke. Varmeren blir større og dyrere.
Den optimale kappetykkelsen avhenger av applikasjonen. For mild service gir en tynn kappe (1,0–1,5 mm) tilstrekkelig holdbarhet og gir høyere watttetthet. For aggressiv bruk gir en tykkere kappe (2,0–3,0 mm) bedre kjemisk motstand, men krever lavere watttetthet og en større varmeapparat.
| Servicetilstand | Anbefalt kappetykkelse | Maks watttetthet | Relativ varmeapparatstørrelse |
|---|---|---|---|
| Mild,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompakt |
| Moderat, 60–70 grader | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Moderat |
| Aggressiv, 70–80 grader | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Større |
| Svært aggressiv, 80–90 grader | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Størst |
| HF eller høy-temperaturtjeneste | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Veldig stor |
Anbefalinger for kappetykkelse og watttetthet etter servicetilstand
Matchende kappetykkelse til watttetthet
Manteltykkelsen og watttettheten må velges sammen. En tykk kappe med høy watttetthet gir en uakseptabel høy overflatetemperatur. En tynn kappe med lav watttetthet er termisk effektiv, men gir kanskje ikke nok gjennomtrengningsmotstand i aggressiv kjemi.
Den praktiske tilnærmingen er å velge kappetykkelsen først, basert på kjemien og temperaturen, og deretter velge watttettheten som holder overflatetemperaturen innenfor det sikre området for den tykkelsen. En 2,5 mm kappe ved 1,0 W/cm² kan fungere ved samme overflatetemperatur som en 1,5 mm kappe ved 1,4 W/cm², men den tykkere kappen gir bedre gjennomtrengningsmotstand og mekanisk holdbarhet.
Når standardtykkelser ikke er nok
Noen applikasjoner krever kappetykkelser eller watt-tetthetskombinasjoner som standardvarmere ikke tilbyr. En tank med svært aggressiv kjemi ved forhøyet temperatur kan trenge en 3,0 mm kappe på 0,8 W/cm²-en kombinasjon som krever et stort overflateareal og en tilpasset konfigurasjon.
En tilpasset PTFE-dykkvarmerkonfigurasjon gjør at kappetykkelsen og watttettheten kan optimaliseres for den spesifikke applikasjonen. Spesifikasjonsprosessen krever badets kjemi, driftstemperatur, mekaniske risikofaktorer og nødvendig effekt. For anlegg med krevende bruksområder balanserer denne tilnærmingen holdbarhet og varmeoverføring mer presist enn standard produktvalg.
