Как да оразмерите PTFE нагревател за резервоар с плаващ пластмасов капак за потискане на дима?

Те са чудесни начини за потискане на изпаренията и пестене на енергия. Добавянето на плаващ капак към отворен резервоар е страхотен метод за намаляване на дима и пестене на енергия. Ако обаче изчислявате мощността за нов нагревател за покрит резервоар, нормалното правило за „ват-на-галон“ става твърде консервативно, оставяйки ви с голям и скъп нагревател. Добавянето на плаващо пластмасово покритие, състоящо се от кухи пластмасови топки, плътен дунапренов лист или плаващи плочки драматично променя топлинното поведение на отворена течна баня. Капакът възпрепятства изпарението, основният начин на загуба на топлина за повечето отворени индустриални резервоари. Все пак нагревателят трябва да бъде оразмерен за две различни експлоатационни обстоятелства, първоначално загряване и поддръжка в стабилно състояние. За да се оразмерят правилно PTFE нагревателите за приложения с плаващи капаци на резервоари, е необходимо да се разбере как капакът влияе на всяко условие.

Защо отворените резервоари губят топлина по-бързо от покрити резервоари - Физиката
Откритите резервоари губят топлина чрез три основни механизма:

Изпаряване: Молекулите се отдалечават от повърхността на течността, отнемайки латентната топлина на изпаряване. Това обикновено е най-голямата загуба, особено при повишени температури (напр. . 60–90 градуса).

Конвекция: Горещият въздух над течността се издига нагоре, отвеждайки топлината от повърхността.

Излъчване и проводимост през стените на резервоара: Топлината се излъчва от повърхността на течността и се провежда през стените и дъното на резервоара.

Плаващият капак осигурява бариера между повърхността на течността и атмосферата и значително намалява загубите от изпарение. Повечето плаващи покрития също имат известна изолационна стойност, така че минимизират конвективните и радиационните загуби от повърхността. В зависимост от дизайна и монтажа на капака, общата загуба на топлина от покрит резервоар може всъщност да бъде намалена с 50-70% в сравнение с отворен резервоар. Капакът обаче не променя топлината, необходима за повишаване на температурата на насипната течност от студен старт до работна температура.

Покритието не влияе върху мощността-нагоре
Първоначалната мощност на отопление зависи само от:

Маса на течността (в kg или lb)

Специфичната топлина на течността (за разтвори на водна основа, някъде около 4,18 kJ/kg градус или 1 BTU/lb градус F)

Необходимото повишаване на температурата (от околната среда до зададената точка, ΔT)

Разрешеното време за рампа (часове или минути)

Или, казано на практика, за вода около 2,5 ват-часа на галон на градус F (0,66 Wh/L· градус), пренебрегвайки топлинните загуби при отопление. Добавете загубите (както винаги трябва да бъде) и ще видите около 3-4 W/gal- градуса F за неизолиран отворен резервоар. Плаващото покритие няма значение за това изчисление. Това е така, защото в началото на загряването повърхността на течността е студена и загубите от изпарение са малки до достигане на температура близо до зададената точка. По-важното е, че капакът не намалява количеството енергия, което трябва да се вложи в течната маса. Така че консумацията на електроенергия за загряване е точно същата като за непокрит резервоар.

Мощност за поддръжка: драстично намалена
Когато резервоарът е при работна температура, нагревателят трябва да върши просто работата по заместване на топлината, изгубена в околната среда. В отворен резервоар преобладават загубите от изпарение. Плаващият капак практически елиминира загубите от изпарение (ако е напълно запечатан) и намалява конвективните и радиационните повърхностни загуби. Останалите загуби се поемат от:

Стени и дъно на резервоара (проводимост)

Самият плаващ капак (проводимост през пластмаса)

Всяко пространство между капака и стените на резервоара

На практика мощността за поддръжка на покрит резервоар може да се оцени като 30-50% от стойността за поддръжка на отворен резервоар. Например, обикновена баня за ецване или почистване на водна основа при 60-70 градуса би имала поддръжка на отворен резервоар от може би 20-30 W/ft^2 течна повърхност, плюс загуби на стени. С плаващ пластмасов капак на топката, повърхностните загуби са намалени до 5-10 W/ft2. Твърдият плаващ лист от пяна може да бъде още по-нисък.

Как да оразмерите PTFE нагревател за покрит резервоар
Правилната методология за оразмеряване се основава на 2 изчисления и по-голямото от 2-те се използва за изчисляване на инсталираните ватове.

Стъпка 1: Изчислете мощността-нагоре (трябва да се направи, с капак или без капак)
Изчислете обема на течността в галони или литри

Умножете по плътност, за да получите маса.

Изберете време за нарастване, което е реалистично (обикновено 2–4 часа за повечето индустриални резервоари).

Определете мощността, необходима за нагряване на течността от околната (напр. . 20 градуса) до зададената точка (напр. . 70 градуса) за това време, като използвате специфичната топлина на течността.

Добавете процент за загубите по време на-нагряване (около 10-20% за покрит резервоар по време на нагряване, тъй като повърхността все още губи малко топлина с повишаването на температурата).

Резервоар за вода от 500 галона (≈ 4000 lb) трябва да се нагрее от 20 градуса до 70 градуса (ΔT=50 градуса=90 градуса F) за 3 часа. На теория енергията е 4000 lb × 90 градуса F × 1 BTU/lb· градус F=360,000 BTU. 360,000 BTU ÷ 3412 BTU/kWh=105.5 kWh, или преобразувайте в kW. Средна мощност=35.2 kW за 3+ часа. Добавете 15% за загуби и ще получите около 40 kW топлинна мощност.

Стъпка 2: Изчислете мощността за поддръжка (по-малко покритие)
Оценете общата загуба на топлина от покрития резервоар при зададената точка. Това включва:

Загуба на повърхността на плаващото покритие (използвайте данни на производителя или инженерни оценки: ~5–10 W/ft^2 за пластмасови топки, ~3–6 W/ft^2 за лист от твърда пяна при 20 градуса разлика в температурата на въздух-течност)

Загуби по стените и дъното (не зависят от капака, обикновено 5 до 15 W/ft² от външната повърхност на резервоара)

Добавете тези загуби заедно, за да получите ватовете за поддръжка в стационарно състояние.

Например резервоар от 500 галона има повърхностна площ от 20 фута². Плаващи пластмасови топки, загуба на повърхност=8 W/ft 2=160 W. Площ на стената (без горната)=80 ft 2 Загуба на стена=10 W/ft 2=800 W Обща поддръжка=960 W (≈1 kW). Дори при консервативен коефициент на безопасност 2, поддръжката все още е само 2kW.

Стъпка 3: Сравнение и избор на инсталирана мощност
Мощността-нагряване (40 kW) е значително по-голяма от мощността за поддръжка (1-2 kW). Инсталираната мощност на PTFE нагревателя трябва да бъде поне 40 kW за необходимото време за загряване. Покритието не намалява това изискване. След като резервоарът достигне температура, обаче, нагревателят ще се изключи или ще работи при много нисък работен цикъл, като черпи само 1-2 kW, необходими за компенсиране на загубите. Това е значително намаляване на енергията в сравнение с отворен резервоар, който може да изисква 4-6 kW за поддръжка.

Добавянето на капак прави резервоара по-добра стабилна-система, но не променя термодинамиката на нагряването му от студено. Оразмеряването, базирано само на мощността за поддръжка, би осигурило нагревател, който би могъл да поддържа температура, но ще отнеме неразумно дълго време (няколко часа или дни), за да достигне зададената точка от студен старт.

Практически насоки за оразмеряване на PTFE нагревател
Приложение на плаващ капак на резервоара с размер на нагревател PTFE: Препоръчват се следните действия:

Винаги първо изчислявайте мощността-нагряване, като използвате обема на резервоара, необходимото време за нарастване и специфичната топлина на течността. Това почти винаги ще повлияе на общата инсталирана мощност.

Оценете оперативните разходи и като изчислите мощността за поддръжка при включен капак, се уверете, че най-ниската контролируема мощност на нагревателя (ако използвате контролер на мощността) може да бъде намалена достатъчно, за да се предотврати превишаване на температурата.

Не намалявайте топлинната мощност поради капака. Това означава бавно загряване-, късно стартиране на производството и недоволни клиенти.

Използвайте няколко малки нагревателя вместо един голям нагревател. По-добра равномерност на температурата и излишък. Това е особено вярно при резервоари с капаци, тъй като капакът може да попречи на естествените конвекционни течения.

PTFE нагревателят трябва да е под плаващия капак, обикновено на дъното на резервоара за добра циркулация. Не позволявайте капакът да докосва нагревателя.

Специални съображения: Избор на цикъл и термостат
Инсталираният капацитет на нагревателя е 40 kW, а натоварването за поддръжка може да бъде само 1–2 kW. Следователно, нормален включен-изключен термостат със значителна разлика може да генерира твърде високи температурни колебания (превишаване и превишаване). Препоръчва се PID контролер или пропорционален регулатор на мощността (SCR). Тези устройства намаляват мощността при достигане на зададената точка, така че големият елемент от 40 kW не излива пълна топлина в резервоар, който се нуждае само от 2 kW заместваща енергия.

Резюме
Използването на плаващ пластмасов капак е ефективна стратегия за пестене на енергия за отворени резервоари, тъй като намалява загубата на топлина от изпаряване и образуването на дим. По отношение на оразмеряването на нагревателя, капакът значително намалява нуждата от мощност за поддръжка, но не намалява изискванията за-мощност за нагряване. Мощността на инсталирания PTFE нагревател все още трябва да се базира на енергията, необходима за загряване на целия обем течност от околната до работната температура в рамките на приемлив период. Основното предимство е след загряване-, когато нагревателят намалява до част от инсталирания си капацитет, което значително намалява оперативните разходи. Мерките за пестене на енергия трябва да бъдат включени в процеса на оразмеряване, не чрез намаляване на размера на инсталирания нагревател, а чрез избор на подходящи системи за управление, които се възползват от по-ниското потребление в стационарно-състояние. Правилно оразмереният резервоар ще се нагрее бързо, когато е необходим, и ще работи ефективно под капака, осигурявайки производителност и икономия на енергия.