Как да изберем правилния диаметър на PFA нагревателя за дадено разстояние между преградите на резервоара, за да поддържаме минимална скорост на байпаса на потока?

Резервоарите с преграда се използват за смесване, химически реакции и пренос на топлина, а пространството между преградата и стената на резервоара осигурява канал за байпас на потока. За да се осигури пренос на топлина и да се предотврати локално прегряване, скоростта на потока трябва да бъде достатъчно висока покрай нагревателя, ако в този канал е монтиран PFA нагревател. За водоснабдяване PFA нагревателите трябва да имат минимална байпасна скорост на потока от 0,3-0,5 m/s, за да поддържат температурата на повърхността на PFA в рамките на 10 градуса от насипния флуид при нормални ватови плътности (3-5 W/cm2). За определено разстояние на преградата (разстояние между ръба на преградата и стената на резервоара) диаметърът на нагревателя трябва да бъде избран така, че площта на напречното сечение на байпасния канал около нагревателя да е достатъчно голяма, за да поддържа скорост. Правило: OD на нагревателя трябва да бъде по-малък или равен на 50% от ширината на междината на преградата. Максималният OD на нагревателя е 50 mm за 100 mm разстояние между преградите. Максималният OD на нагревателя за разстояние от 50 mm е 25 mm. Потокът се ограничава от по-големи нагреватели, което намалява скоростта и причинява прегряване.

Изчисляване на байпасната скорост на потока
Скоростта в междината на преградата е v=Q / A, като Q е обемният дебит от бъркалката или рециркулационната помпа и A е площта на напречното-сечение на междината, която не е заета от топлообменника. W=обща ширина на междината, D=нагревател OD, H=височина на резервоара (приема се напълно потопен). Свободната зона е A _free=(W - D) × H . Когато D се доближи до W, A _free се доближи до 0 и скоростта намалява драматично. За v По-голямо или равно на 0,3 m/s, A_free трябва да бъде По-голямо или равно на Q / 0,3. За типичен резервоар с бъркалка, доставяща Q=0.05 m3/s (3 m3/min), H=2 m, необходимите свободни A=0.05 / 0.3=0.167 m2. Тогава (W - D) x 2=0.167. Следователно W - D=0.0835 m=83.5 mm. Ако W=150 mm, макс. D=150 - 83.5=66.5 mm. 65 mm нагревателят би бил ок. Ако W=100 mm, максимум D=100-83.5=16.5 mm-много скромен нагревател. При това обстоятелство е невъзможно нагревателят да се постави в междината на преградата, той трябва да бъде преместен.

В случай на резервоари с естествена конвекция (без помпа, без бъркалка) скоростта на потока се генерира от плаваемост. Максималното увеличение на скоростта по протежение на нагревател е около v=√(2 × g × × ΔT × L), където g=9.81 m/s2 е коефициентът на топлинно разширение (0,0004/градус за вода), ΔT е температурната разлика между повърхността на нагревателя и обема (10 градуса) и L е дължината на нагревателя (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-най-малко. Ако намалите тази скорост по някакъв начин, рискувате да прегреете. За естествена конвекция диаметърът на нагревателя трябва да бъде по-малък или равен на 30% от ширината на междината на преградата, за да се избегне задушаване.

Диаметър на нагревателя спрямо. Таблица за избор на преграда
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= мин. Препоръчителен външен нагревател (mm) Забележки
50 Принудително (помпа, бъркалка) 0.3 25 20–25 Стегнат, но осъществим 50 Естествена конвекция 0.25 15 12–16 Много малък нагревател
75 Принуден 0.3 40 32–38 Добър 75 Естествен 0.25 22 20-25 Приемлив 100 Принуден 0.3 58 50 Стандартен 100 Естествен 0.25 30 25 OK 125 Принуден 0.3 83 75 голям нагревател възможен 150 Принуден 0.3 108 100 Типично за големи резервоари
200 принудително 0.3 158 150 Може да постави множество нагреватели
Ефекти от прекалено голям нагревател в пространството на преградата
Ако диаметърът на нагревателя е твърде голям за междината на преградата (D > 0,6 × W за принудителен поток, D > 0,3 × W за естествена конвекция), това създава три проблема:

Стагнация на потока: Скоростта пада под 0,2 m/s. Коефициентът на топлопреминаване h намалява от 500 – 1 000 W/m 2 K до 100 – 300 W/m 2 K. При постоянна плътност на вата повърхностната температура на PFA се повишава с 20-50 градуса.

Локализирано прегряване: Най-горещата точка е надолу по течението на нагревателя (в следното течение). Температурната разлика нагоре и надолу по веригата може да достигне до 20–30 градуса, което води до не-равномерно термично напрежение.

2.2 Ускорено образуване на котлен камък Ниската скорост позволява на частици и мехурчета да полепнат по нагревателя, което води до образуване на котлен камък и биофилм. Дори повече пренос на топлина се губи при скалата, създавайки положителна обратна връзка.

Проверката на място на огромен нагревател в междина на преградата показва определен модел; пожълтяла или кафява PFA от страната надолу по течението, с бели налепи. Страната нагоре по течението може да изглежда нормално. Ако видите този модел, вашият нагревател е твърде голям за празнината.

Опции за инсталиране, когато празнината е твърде малка
Ако необходимият диаметър на нагревателя е по-голям от максимално допустимия в междината на преградата, се предлагат следните решения:

Преместете нагревателя: Поставете нагревателя в центъра на резервоара (далече от преградите) или в рециркулационен кръг. Скоростта на потока при централно монтиране често е по-голяма, отколкото при междинни прегради.

Използвайте много по-малки нагреватели Използвайте два 25 мм нагревателя вместо един 50 мм нагревател. Всеки по-малък нагревател има намалено ограничение на потока, но общата повърхност (и мощността) може да е същата.

увеличете междината на преградата Ако дизайнът на резервоара позволява, увеличете W чрез изместване на преградите или чрез намаляване на ръбовете на преградите. Чрез увеличаване на разстоянието с 25 mm може да се добави 50 mm нагревател, където преди това се побираха само 32 mm.

Добавете ускорител на потока: Едуктор или струйна дюза в междината на преградата увеличава локалната скорост. Една дюза използва малко енергия на помпата, но възстановява предаването на топлина.

Пример за поле:
5000 L смесителен резервоар с междина на преградата от 80 mm. Заводът изгради 63 mm PFA нагревател (79% празнина). Измерена скорост на потока=0.12 m/s. Нагревателят беше увеличен-в рамките на 3 месеца. Температурата на повърхността на PFA е 115 градуса в 70 градуса вода (45 градуса увеличение). Заводът замени два 25 мм нагревателя (еднаква обща мощност) от всяка страна на преградата. Скоростта около всеки нагревател беше 0,35 m/s. Образуването на котлен камък беше намалено и температурата на повърхността се понижи до 85 градуса, а животът на нагревателя се увеличи от 6 месеца на 5 години. Два нагревателя струват повече (2x500=500=1 000) от един 63 mm нагревател ($800), но по-дългият живот и по-малкото време на престой се изплатиха за 18 месеца.

Заключение: Външен диаметър на нагревателя По-малък или равен на 0,5 * междина на преградата за принудителен поток
За PFA нагревател в междина на преградата, диаметърът на нагревателя трябва да бъде избран така, че OD По-малко или равно на 0,5 ширина на междината на преградата (W) за принудителен поток (изпомпван или разбъркван) и OD По-малко или равно на 0,3 W за естествена конвекция. Това дава достатъчно свободна площ за поддържане на минимална байпасна скорост на потока от 0,3 m/s (принудително) или 0,25 m/s (естествено). Извънгабаритните нагреватели задушават потока, което води до ниска скорост, висока температура на повърхността, повишено образуване на котлен камък и ранен отказ. Измерете празнината, определете максимално допустимия OD и изберете подходящо. Ако необходимият OD е извън границата, преместете нагревателя или използвайте няколко малки нагревателя. Пространството на преградата е за поток, а не за напъхване на най-големия нагревател там. спазвайте разстоянието, оразмерете нагревателя, поддържайте потока. Подарете на вашия нагревател години работа и ви благодарим.