Com seleccionar el diàmetre correcte de l'escalfador de PFA per a l'espaiat del deflector d'un tanc determinat per mantenir la velocitat de derivació del cabal mínim?

Els tancs deflectors s'utilitzen per a la barreja, reaccions químiques i transmissió de calor i l'espai entre el deflector i la paret del dipòsit proporciona un canal de derivació del flux. Per garantir la transferència de calor i evitar el sobreescalfament localitzat, la velocitat del flux ha de ser prou alta més enllà de l'escalfador si s'instal·la un escalfador PFA en aquest canal. Per al servei d'aigua, els escalfadors de PFA haurien de tenir una velocitat de derivació de flux mínima de 0,3-0,5 m/s per mantenir la temperatura superficial de PFA dins dels 10 graus del fluid a granel a densitats de watts normals (3-5 W/cm2). Per a un determinat espai del deflector (distància entre la vora del deflector i la paret del dipòsit), el diàmetre de l'escalfador s'ha de triar de manera que l'àrea de la secció transversal del canal de derivació al voltant de l'escalfador sigui prou gran per mantenir la velocitat. Regla: el diàmetre exterior de l'escalfador ha de ser inferior o igual al 50% de l'amplada de l'espai del deflector. El diàmetre exterior màxim de l'escalfador és de 50 mm per a un espai de 100 mm entre els deflectors. El diàmetre exterior màxim de l'escalfador per a una distància de 50 mm és de 25 mm. El flux està restringit per escalfadors més grans, la qual cosa redueix la velocitat i provoca un sobreescalfament.

Càlcul de la velocitat de derivació del flux
La velocitat a l'espai del deflector és v=Q / A amb Q el cabal volumètric de l'agitador o la bomba de recirculació i A l'àrea de la secció transversal-de l'espai no ocupat per l'intercanviador de calor. A=amplada total del buit, D=OD de l'escalfador, H=alçada del dipòsit (s'assumeix que està totalment immers). L'àrea lliure és A _lliure=(W - D) × H . Quan D s'acosta a W, A_free s'acosta a 0 i la velocitat es redueix dràsticament. Per a v Major o igual a 0,3 m/s, A_free ha de ser Major o igual a Q / 0,3. Per a un dipòsit típic amb agitador que ofereix Q=0.05 m3/s (3 m3/min), H=2 m, l'A lliure=0.05 / 0.3=0.167 m2 necessari. Aleshores (W - D) x 2=0.167. Per tant, W - D=0.0835 m=83.5 mm. Si l'escalfador W=150 mm, màxim D=150 - 83.5=66.5 mm{. 65 mm estaria bé. Si W=100 mm, màxim D=100-83.5=16.5 mm{-un escalfador molt modest. En aquesta circumstància, és impossible posar l'escalfador a l'espai del deflector, s'ha de moure.

En el cas dels dipòsits de convecció natural (sense bomba, sense agitador) la velocitat del flux es genera per la flotabilitat. L'augment de velocitat màxim al llarg d'un escalfador és d'aproximadament v=√(2 × g × × ΔT × L), on g=9.81 m/s2, és el coeficient d'expansió tèrmica (0,0004/ grau per a l'aigua), ΔT és la diferència de temperatura entre la superfície de l'escalfador i la massa (10 graus) i L és la longitud de l'escalfador (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-com a mínim. Si disminueix aquesta velocitat d'alguna manera, corre el risc de sobreescalfar-se. Per a la convecció natural, el diàmetre de l'escalfador ha de ser inferior o igual al 30% de l'amplada de l'espai del deflector per evitar l'asfixia.

Diàmetre de l'escalfador versus. Gràfic de selecció de deflectors
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= min OD de l'escalfador recomanat (mm) Observacions
50 Forçat (bomba, agitador) 0.3 25 20–25 Tancat però factible 50 Convecció natural 0.25 15 12–16 Escalfador molt petit
75 Forçat 0.3 40 32–38 Bé 75 Natural 0.25 22 20-25 Acceptable 100 Forçat 0.3 58 50 Estàndard 100 Natural 0.25 30 25 D'acord 125 Forçat 0.3 83 75 possible escalfador gran 150 Forçat 0.3 108 100 Típic per a tancs grans
200 Forçat 0.3 158 150 Pot adaptar-se a diversos escalfadors
Efectes d'un escalfador de gran mida a l'espai del deflector
Si el diàmetre de l'escalfador és massa gran per a l'espai del deflector (D > 0,6 × W per al flux forçat, D > 0,3 × W per a la convecció natural), es genera tres problemes:

Estancament del cabal: la velocitat baixa per sota dels 0,2 m/s. El coeficient de transferència de calor h es redueix de 500 – 1 000 W/m 2 K a 100 – 300 W/m 2 K. Amb una densitat de watt constant, la temperatura de la superfície del PFA augmenta entre 20 i 50 graus.

Sobreescalfament localitzat: el punt més calent es troba aigües avall de l'escalfador (a continuació). La diferència de temperatura aigües amunt i aigües avall pot arribar a ser de 20 a 30 graus, cosa que provoca un estrès tèrmic no-uniforme.

2.2 Escalat accelerat La baixa velocitat permet que les partícules i les bombolles s'enganxin a l'escalfador, donant lloc a la formació d'escala i biofilm. Encara es perd més transferència de calor a l'escala, produint un bucle de retroalimentació positiva.

La inspecció de camp d'un escalfador enorme en un buit del deflector mostra un patró definit; PFA groguenc o marró a la part aigües avall, amb dipòsits d'escales blanques. El costat aigües amunt pot semblar normal. Si veieu aquest patró, el vostre escalfador és massa gran per a la bretxa.

Opcions d'instal·lació quan la bretxa és massa petita
Si el diàmetre de l'escalfador necessari és més gran que el màxim permès a l'espai del deflector, es suggereixen les solucions següents:

Canviar l'escalfador: col·loqueu l'escalfador al centre del dipòsit (alluny dels deflectors) o en un bucle de recirculació. La velocitat del flux en el muntatge central és sovint més gran que en els buits del deflector.

Utilitzeu molts escalfadors més petits Utilitzeu dos escalfadors de 25 mm en lloc d'un escalfador de 50 mm. Cada escalfador més petit té una limitació de flux reduïda, però la superfície total (i la potència) pot ser la mateixa.

augmentar l'espai del deflector Si el disseny del tanc ho permet, augmenta la W desplaçant els deflectors o reduint les vores del deflector. En augmentar la distància en 25 mm, es pot afegir un escalfador de 50 mm on només hi caben 32 mm abans.

Afegiu un accelerador de flux: un eductor o broquet de raig a l'espai del deflector augmenta la velocitat local. Un broquet utilitza una mica d'energia de la bomba, però recupera la transmissió de calor.

Exemple de camp:
Dipòsit de mescla de 5.000 L amb un espai deflector de 80 mm. La planta va construir un escalfador de PFA de 63 mm (79%). Velocitat de flux mesurada=0.12 m/s. L'escalfador es va augmentar-en tres mesos. La temperatura de la superfície de PFA va ser de 115 graus en aigua de 70 graus (augment de 45 graus). La planta va substituir dos escalfadors de 25 mm (igual potència total) a cada costat del deflector. La velocitat al voltant de cada escalfador era de 0,35 m/s. Es va reduir l'escala i la temperatura de la superfície es va reduir a 85 graus i la vida útil de l'escalfador va augmentar de 6 mesos a 5 anys. Dos escalfadors costen més (2 x500=500=1.000) que un escalfador de 63 mm (800 $), però la vida útil més llarga i el menor temps d'inactivitat van donar els seus fruits en 18 mesos.

Conclusió: OD de l'escalfador inferior o igual a 0,5 * Gap del deflector per al flux forçat
Per a un escalfador PFA en un buit deflector, el diàmetre de l'escalfador s'ha de seleccionar de manera que OD inferior o igual a 0,5 d'amplada de l'espai del deflector (W) per al flux forçat (bombat o agitat) i OD inferior o igual a 0,3 W per a la convecció natural. Això proporciona una àrea lliure suficient per mantenir una velocitat de derivació mínima de flux de 0,3 m/s (forçat) o 0,25 m/s (natural). Els escalfadors de gran mida sufoquen el flux, provocant una baixa velocitat, una temperatura superficial elevada, un augment de l'escala i una fallada primerenca. Mesureu la bretxa, determineu el màxim OD admissible i trieu adequadament Si el OD requerit està fora del límit, moveu l'escalfador o utilitzeu diversos escalfadors petits. L'espai del deflector és per al flux, no per introduir-hi l'escalfador més gran. respectar l'espaiat, dimensionar l'escalfador, mantenir el flux. Doneu-li anys de servei al vostre escalfador i gràcies.