Ujevn oppvarming er et vanlig problem i kjemikalietanker. Temperaturregulatoren kan vise målverdien mens ett område av badekaret forblir merkbart kjøligere enn et annet. I andre tilfeller vises avleiringer i nærheten av varmeren, produktkvaliteten varierer mellom tankposisjoner, eller varmeren slår seg på og av oftere enn forventet.
For enPTFE el-patron, ujevn oppvarming er sjelden forårsaket av én parameter alene. Varmergeometri, effekttetthet, væskesirkulasjon, tankform, installasjonsposisjon og temperatur-sensorens plassering kan alle bidra.
Ujevn oppvarming starter med varmefordeling
En el-patron overfører energi gjennom sin aktive varmeoverflate. Hvis varmekraften er konsentrert i et lite område, får den omkringliggende væsken en høy lokal varmetilførsel.
Gjennomsnittlig overflatevarmefluks kan estimeres med:
q = P/A
hvorPer varmeapparat kraft ogAer aktivt oppvarmingsområde.
For eksempel har en 10 kW varmeovn med 0,5 m² aktivt areal en illustrativ gjennomsnittlig varmestrøm på 20 kW/m².
En andre 10 kW-konfigurasjon med 1,0 m² aktivt areal vil ha en gjennomsnittsverdi på 10 kW/m².
Beregningen definerer ikke en universell tillatt varmefluks. Faktisk ytelse avhenger av PTFE-konstruksjon, badets kjemi, sirkulasjon, temperatur og varmeelementets geometri.
Dårlig sirkulasjon kan skape temperatursoner
Væskebevegelse er en av de viktigste faktorene som påvirker temperaturens jevnhet.
Når sirkulasjonen er svak, kan varm væske forbli nær varmeren mens kaldere væske holder seg lenger unna. Dette skaper en temperaturgradient inne i tanken.
Et forenklet-varmeoverføringsforhold er:
Q=haΔT
Hvis væskebevegelsen rundt varmeoverflaten avtar, vil den effektive-varmeoverføringskoeffisientenhkan også reduseres.
Varmesystemet kan da kreve større temperaturforskjell for å overføre samme kraft inn i badekaret.
Dette er spesielt viktig for viskøse kjemiske løsninger eller tanker med begrenset naturlig konveksjon.
Varmeapparatets posisjon kan gjøre problemet verre
En varmeovn installert for nær en tankvegg kan gi ujevn oppvarming fordi væskebevegelse rundt en del av den aktive overflaten er begrenset.
Innvendige rør, arbeidsstykker, bafler, tank-bunnstrukturer og suge- eller utløpsledninger kan skape lignende effekter.
En praktisk installasjonsgjennomgang bør undersøke:
Avstand mellom varmeapparat og tankvegg
Avstand fra tankbunnen
Plassering av sirkulasjonsuttak
Plassering av returstrøm
Innvendig rørføring
Arbeidsstykket lasteområde
Temperatur-sensorplassering
Målet er ikke bare å plassere varmeren inne i tanken, men å plassere den aktive varmesonen der væskeutvekslingen er tilstrekkelig.
Temperatur-Sensorplassering kan skjule problemet
En enkelt temperatursensor representerer kanskje ikke hele tanken.
For eksempel kan en sensor som er plassert nær sirkulasjonsreturen oppdage en godt-blandet temperatur mens et avsidesliggende hjørne forblir kaldere. En sensor plassert for nær varmeren kan ha det motsatte problemet og oppdage en lokalt forhøyet temperatur.
Dette kan føre til unødvendig varmecykling eller utilstrekkelig oppvarming andre steder.
For store tanker bør sensorplassering vurderes sammen med varmeapparatets plassering og sirkulasjonsmønster. Flere målepunkter kan være aktuelt når det forventes betydelige romlige temperaturforskjeller.
Varmeavstand er viktig i større tanker
FlereElpevarmere i PTFEkan gi mer distribuert oppvarming enn én konsentrert varmesone.
Men bare å legge til varmeovner forbedrer ikke automatisk jevnheten.
Hvis flere varmeovner er installert tett sammen, kan varmen forbli konsentrert i en region. Hvis varmeovner er plassert for langt fra hverandre, kan det utvikles separate varme og kalde soner.
Avstanden bør derfor følge tankgeometri og væskesirkulasjon.
Et forenklet designmål er å fordele varmesoner slik at den genererte varmen kan føres gjennom hele det nyttige prosessvolumet i stedet for å samle seg rundt individuelle varmeovner.
Et praktisk temperatur-karteksempel
Tenk på en illustrativ kjemikalietank med fire målesteder:
| Målepunkt | Observert temperatur | Mulig tolkning |
|---|---|---|
| Nær varmeapparat | 68 grader | Sterk lokal varmetilførsel |
| Sentrum av tanken | 62 grader | Delvis blanding |
| Motsatt vegg | 57 grader | Svak varmesirkulasjon |
| Nær tankutløp | 60 grader | Mellomstrømningstilstand |
Hvis kontrolleren er satt til 60 grader og sensoren er plassert i nærheten av uttaket, kan det se ut til at systemet fungerer korrekt selv om tanken har et temperaturområde på 57–68 grader.
Dette eksemplet viser hvorfor kontrollernøyaktighet alene ikke garanterer temperaturensartethet.
Avleiringer kan øke termisk motstand
Kjemiske avleiringer på varmeoverflaten kan komplisere varmeoverføringen ytterligere.
Et avleiringslag introduserer ytterligere termisk motstand mellom varmeelementet og væsken. Etter hvert som motstanden øker, kan varmeren trenge en større intern-til-væsketemperaturforskjell for å overføre samme kraft.
Hvis avleiringen er ujevn, kan forskjellige deler av varmeren fungere under forskjellige termiske forhold.
Regelmessig inspeksjon og passende-badkontrollprosedyrer kan derfor være viktige for prosesser som er utsatt for krystallisering, avleiring eller kjemisk oppbygging.
Hvordan korrigere ujevn oppvarming
Feilsøking bør undersøke det komplette termiske systemet i stedet for å øke varmeeffekten umiddelbart.
Nyttige sjekker inkluderer:
Kartlegging av temperaturer på flere tankplasser
Måler faktisk væskesirkulasjon
Inspiserer varmeovnens overflatetilstand
Kontrollerer varmeavstand
Gjennomgang av varmeren-til-veggklaring
Bekrefter temperatur-sensorposisjon
Sammenligning av faktisk badkonsentrasjon med prosessspesifikasjonen
Kontrollerer om det aktive oppvarmingsområdet samsvarer med nødvendig effekt
Å øke kraften uten å korrigere dårlig sirkulasjon kan gjøre lokale temperaturforskjeller verre.
For enPTFE el-patron, jevn oppvarming avhenger av forholdet mellom kraft, aktivt overflateareal, væskebevegelse, installasjonsgeometri og kontrollstrategi. Når disse parameterne er utformet sammen, kan temperaturforskjeller reduseres uten bare å legge til for stor varmekapasitet.
