Et kjemisk anlegg mistet en 6 kW PTFE el-varmer da et resirkulasjonspumpehjul eroderte og strømmen falt med omtrent 60 %. Bulkvæsketemperaturen holdt seg innenfor 3 grader fra settpunktet. Kontrolleren så ingen problemer. Men varmeovnens overflatetemperatur hadde klatret forbi punktet der væsken på overflaten begynte å fordampe. Et dampteppe dannet seg, varmeoverføringen kollapset, og PTFE blemmer og sprakk i løpet av timer.
Dampteppe er den mest brå feilmodusen for en PTFE el-varmer. I motsetning til gjennomtrengning eller tretthet, som utvikler seg over måneder, kan tepper ødelegge en varmeovn i ett enkelt skift. Utløseren er nesten alltid et fall i strømningshastigheten ved varmeapparatets overflate-tilstanden som avgjør om varme kan forlate varmeren raskt nok til å holde seg under væskens kokepunkt.
Hvorfor dampteppe oppstår før bulkkoking
Bulkkoking skjer når hele væsken når kokepunktet. Dampteppe skjer ved varmeoverflaten mens bulkvæsken forblir godt under kokepunktet. Mekanismen er enkel: varmeovnens overflatetemperatur er alltid høyere enn bulkvæsketemperaturen. Hvis forskjellen er stor nok, når væsken i kontakt med varmeren kokepunktet selv om den omkringliggende væsken ikke gjør det.
For vann ved 80 grader er kokepunktet 100 grader ved atmosfærisk trykk. En varmeovn som opererer 25 grader over bulk sitter på 105 grader -over det lokale kokepunktet. Det dannes dampbobler ved varmeapparatets overflate. Hvis flyten er tilstrekkelig, løsner boblene og kollapser i den kjøligere bulkvæsken. Hvis flyten er svak, smelter boblene sammen til et dampteppe som isolerer varmeren.
Når teppet er dannet, kollapser varmeoverføringen. Varmerens overflatetemperatur øker, ofte i løpet av sekunder, til PTFE-degraderingsområdet. Polymeren mykner, blemmer og sprekker. Feilen er irreversibel.
| Strømningshastighet ved varmeapparat | Varmer ΔT på 1,2 W/cm² | Varmetemperatur ved 80 grader Bulk | Vapor dekkende risiko | Minimum sikker hastighet |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6–10 grader | 86–90 grader | Ingen | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10–15 grader | 90–95 grader | Lav | Tilstrekkelig |
| 0.15–0.3 m/s | 15–22 grader | 95–102 grader | Moderat | Marginal |
| 0.05–0.15 m/s | 22–35 grader | 102–115 grader | Høy | Under minimum |
| <0.05 m/s | 35–50 grader | 115–130 grader | Veldig høy | Utrygt |
Strømningshastighet og damptepperisiko for PTFE-dyppeovner i vannbad ved 80 grader
Minimum hastighetsterskel
Den minste strømningshastigheten som kreves for å forhindre dampteppe avhenger av væsken, watt-tettheten og bulktemperaturen. For vann-baserte bad ved 60–80 grader og watttettheter på 1,0–1,5 W/cm², er en varmeoverflatehastighet på minst 0,15 m/s vanligvis tilstrekkelig til å løsne dampbobler før de smelter sammen.
Under 0,15 m/s smalner marginen raskt inn. Ved 0,1 m/s kan varmeren-til-bulkavstanden overstige 25 grader, og skyve varmerens overflatetemperatur forbi det lokale kokepunktet i bad over 70 grader. Ved 0,05 m/s-effektivt stillestående-kan gapet overstige 40 grader, og damptepper begynner i bad over 60 grader.
For viskøse væsker er minimumshastigheten høyere. En væske med tre ganger så høy viskositet som vann krever omtrent 1,5 ganger hastigheten for å oppnå samme grenselagtykkelse. For nikkelsulfamat ved 55 grader er minimumshastigheten for sikker drift ved 1,2 W/cm² omtrent 0,25 m/s.
| Væsketype | Viskositet ved driftstemp | Minimum hastighet på 1,0 W/cm² | Minimum hastighet på 1,5 W/cm² |
|---|---|---|---|
| Vann | 0,5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| Fortynn syre | 0,7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| Watt nikkel | 2,0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| Nikkelsulfamat | 3,5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| Elektroløst nikkel | 4,5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
Minimumsstrømningshastigheter for å forhindre dampteppe i PTFE-elvarmeinstallasjoner
Hvorfor tank-nivåstrømsmålinger villedende
Strømningshastigheten ved varmeovnens overflate er nesten alltid lavere enn tankens -gjennomsnittlige hastighet. Spargerør og eduktorer er plassert for å flytte væske rundt arbeidsstykker, ikke rundt varmeovner. Varmeapparatet sitter ofte i et hjørne, bak en rackguide eller på en vegg overfor innløpet der den lokale hastigheten er en brøkdel av bulkgjennomsnittet.
Feltmålinger i pletteringstanker viser konsekvent varme-nivåhastigheter 30–70 % under tankgjennomsnittet. I dødsoner kan reduksjonen være 80–90 %. En tank med en nominell hastighet på 0,3 m/s kan bare ha 0,05–0,1 m/s ved varmeoverflaten.
Dette er grunnen til at tank-strømningsmålinger ikke kan brukes til å bekrefte sikker drift av varmeren. Målingen må tas på varmeapparatets plassering, eller varmeren må plasseres i en kjent høy-strømningssone med tilstrekkelig margin.
Praktiske tiltak for å opprettholde sikker hastighet
Plasser varmeren i hovedstrømningsbanen. Den høyeste hastigheten og mest jevne strømningen skjer i midten av tanken eller direkte på linje med sirkulasjonsinntaket. Unngå hjørner, bak ledeplater og nær overløpsoverløpet.
Bruk en dedikert eduktor eller spylerør rettet mot varmeren. En liten eduktordyse plassert 150–250 mm fra varmeren og rettet langs varmeoverflaten øker lokal hastighet til 0,3–0,5 m/s. Dette er den mest pålitelige metoden for å opprettholde sikker hastighet ved varmeren.
Installer en strømningsbryter eller trykkdifferensialsensor for å oppdage tap av sirkulasjon. En strømningsbryter i pumpens utløpsledning kutter strømmen til varmeren hvis strømningen faller under den sikre terskelen. Bryteren skal være uavhengig av hovedkontrollsystemet og bør kreve manuell tilbakestilling.
Reduser watt-tettheten i lav-strømningssoner. Hvis varmeren må fungere på et sted hvor strømningen ikke kan holdes over 0,15 m/s, må watttettheten reduseres for å holde varmerens overflatetemperatur under det lokale kokepunktet. I stillestående soner er den sikre watttettheten 0,6–0,8 W/cm².
Når standardvarmere ikke kan opprettholde sikker hastighet
Tanker med kompleks innvendig feste og begrenset sirkulasjon kan ofte ikke gi strømningshastigheten som en sikker drift av varmeapparatet krever. En varmeovn som fungerer godt i hovedtankvolumet kan være ute av strøm i et hjørne eller bak en armatur.
En tilpasset konfigurasjon av PTFE-dykkvarmer med en strømnings-optimalisert posisjon, en dedikert eduktor og en lavere watttetthet løser grunnårsaken til strømningssulting. Spesifikasjonsprosessen krever tankdimensjoner, sirkulasjonsoppsett, varmeapparatposisjon, badkjemi og nødvendig effekt. For anlegg med flere tanker reduserer denne applikasjonsspesifikke-tilnærmingen risikoen for damptepper og forlenger levetiden til varmeapparatet.
