Quin és el gruix de paret de la funda d'acer inoxidable 316 màxim permès per a un escalfador d'immersió de baixa densitat de {-watt-que funciona en un oli tèrmic estancat i d'alta-temperatura per sobre de 150 graus centígrads?

Els enginyers de processos encarregats de mantenir els sistemes de fluids de transferència de calor a les plantes químiques, les operacions d'emmotllament de plàstic i les instal·lacions de processament d'aliments s'enfronten a un conjunt únic de limitacions a l'hora de seleccionar escalfadors d'immersió elèctrics per al servei d'oli tèrmic. Els sistemes basats en aigua tenen densitats de watts molt elevades a causa dels forts coeficients de transferència de calor, mentre que els olis tèrmics tenen qualitats de transferència de calor molt pobres, aproximadament entre una dècima i una vintena part de la de l'aigua. En situacions d'estancament o de baix cabal, l'oli en contacte amb la funda de l'escalfador es pot escalfar a temperatures molt superiors a la temperatura del fluid a granel, provocant un deteriorament tèrmic, coquització i una eventual fallada de l'escalfador. El gruix de la paret de la funda d'acer inoxidable 316 és molt important per a aquest mecanisme de fallada, ja que la temperatura de la superfície exterior és una funció del gruix de la paret per a una densitat de watts particular. Les limitacions de la degradació del petroli publicades i els principis de transferència de calor s'utilitzen per definir el gruix de paret màxim acceptable per a 316 beines en servei d'oli tèrmic de baixa -watt-densitat i alta-temperatura.

Mecanismes de degradació tèrmica de l'oli i límits de temperatura superficial
Els olis tèrmics són fluids orgànics que, a temperatures massa altes, poden experimentar craqueig tèrmic i oxidació. La temperatura màxima permesa de la pel·lícula (temperatura a la interfície-de la funda de l'oli) depèn de la química de l'oli, però normalment està entre 250 i 350 graus per als olis minerals i entre 320 i 400 graus per als olis aromàtics sintètics. Més enllà d'aquestes temperatures, hi ha una producció accelerada de polímers insolubles, dipòsits carbonosos i subproductes-càustics. Quan hi ha un recobriment de coc o polímer a la superfície de la funda, la superfície de la funda funciona com una barrera aïllant, augmentant encara més la temperatura de la funda i accelerant la degradació en un cicle de fuga. Per a les beines d'acer inoxidable 316 submergides en oli tèrmic estancat, la temperatura de la superfície es calcula com a T_s=T_b + (q× R_s) on T_b és la temperatura a granel, q és la densitat de watts i R_s és la resistència total del sistema, que és la suma de la resistència conductora de la paret i la resistència de la capa conductora de la capa conductora. En l'oli estacionari, la resistència convectiva és la més important i és extremadament no lineal a causa de la feble convecció natural i la gran variació de les característiques de l'oli amb la temperatura. L'experiència de la indústria ha demostrat que la majoria dels olis minerals es poden utilitzar amb seguretat fins a una temperatura superficial de la funda de 316 graus i sintètics d'alt grau fins a 320 graus. Aquestes limitacions es tradueixen directament en la densitat de watts màxima admissible per a un gruix de paret particular.

Efecte del gruix de la paret sobre la temperatura superficial de l'oli en repòs
A una densitat de watt donada, augmentar el gruix de la paret de la coberta de 316 augmenta la temperatura de la superfície exterior en la mateixa quantitat que la resistència tèrmica addicional. L'augment de temperatura des de la superfície a granel fins a la superfície de la funda es calcula per a l'oli estacionari a una temperatura global de 150 graus C i un coeficient de transferència de calor per convecció natural d'~200 W/m2K-típic dels olis moderadament viscosos. Una funda 316 d'1,0 mm a 4 W/cm² dóna una temperatura superficial d'aproximadament 235 graus, molt per sota del límit d'oli mineral de 260 graus. El mateix escalfador, però amb una funda d'1,6 mm aconsegueix 255 graus, apropant-se al límit. Amb una funda de 2,0 mm, la temperatura de la superfície és de 270 graus, que supera el límit permès per a la majoria dels olis minerals. Amb un gruix de paret de 2,5 mm, la temperatura de la superfície és de 290 graus, la qual cosa accelera el deteriorament de l'oli i la cocització. Thic... Per olis sintètics límit de 320 graus C. A 4 W/cm2, una funda de 2,0 mm produeix 270 graus, molt per sota del límit d'oli sintètic. Fins i tot una funda de 2,5 mm a 4 W/cm² només produeix 290 graus, encara acceptable per a sintètics de bona qualitat. Tanmateix, a mesura que la temperatura de l'oli a granel puja a 180 o 200 graus, la temperatura de la superfície augmenta en conseqüència i el gruix màxim acceptable de la paret baixa.

Gruix de paret màxim recomanat per al servei d'oli tèrmic
La taula següent suggereix un màxim de 316 gruixos de paret de la coberta per als escalfadors d'immersió de baixa densitat de -watts utilitzats en serveis d'oli tèrmic estacionari o de baix-caudal. Els valors són per a funcionament continu, oli net sense deteriorament previ i amb un tampó de seguretat de 15 graus per sota de la temperatura màxima de pel·lícula indicada pel fabricant.

Tipus d'oli tèrmic Temperatura màxima de l'oli a granel Interval de densitat de watts recomanat Màxim 316 Gruix de paret de la funda Risc de coquització esperat
Oli mineral de grau estàndard 120 graus 3 – 5 W/cm² 1,6 mm Baix a 1,6 mm; moderada per sobre
Grau estàndard 150 graus 2 – 4 W/cm² 1,2 mm Moderat a 1,2 mm; molt amunt
Oli mineral, grau d'alta temperatura 180 graus 1,5 – 3 W/cm 2 1.0 mm Risc alt, considereu l'oli sintètic
Oli aromàtic sintètic 150 graus 3 – 6 W/cm² 2,0 mm Baix a 2,0 mm; moderada a 2,5 mm
Oli aromàtic sintètic 200 graus 2 – 4 W/cm² 1,6 mm Lleu a 1,6 mm; greu a 2,0 mm
Oli aromàtic sintètic 250 graus 1 – 2,5 W/cm² 1,2 mm Alt perill; necessita un seguiment continu
Oli aromàtic sintètic amb flux de 200 graus 4 – 8 W/cm2 2.0 mm Baix risc amb circulació forçada
En totes les aplicacions d'oli tèrmic on la temperatura a granel és superior a 150 graus i el gruix de la paret de la coberta és superior a 1,6 mm, els enginyers han de demanar al fabricant de l'escalfador que proporcioni un estudi tèrmic que calculi la temperatura exacta de la superfície exterior en funció dels paràmetres de transferència de calor donats de l'oli. En aquests paràmetres, les recomanacions genèriques no són suficients. A més, la protecció més fiable contra el deteriorament de l'oli la proporciona un termoparell muntat directament a la superfície de la funda. Si la temperatura de la funda registrada s'aproxima a la temperatura màxima de la pel·lícula de l'oli, s'ha de reduir la densitat de watts de l'escalfador o augmentar la circulació de l'oli. Una tria prudent del gruix de la paret és una proposta econòmica. La despesa de substituir l'oli de coc i netejar un escalfador embrutat és sovint de cinc a deu vegades el cost de l'escalfador.