Quin és el gradient tèrmic màxim permès al llarg d'un escalfador de PFA d'1,2 m de llarg per evitar el pandatge de la funda?

Un escalfador vertical de PFA pot tenir un gradient de temperatura de dalt a baix a causa de la convecció natural (la part superior més calenta) o de l'enrotllament no-uniforme. Quan la zona superior és molt més calenta que la secció inferior, el desajustament de l'expansió tèrmica provoca una tensió de compressió a la regió més calenta. Quan l'esforç de compressió és més gran que la càrrega crítica de pany del tub de PFA, la funda s'enganxarà i produirà una ona o corba per tocar la paret del dipòsit o els escalfadors propers. Per a un escalfador vertical independent d'1,2 m de llarg PFA 25 mm OD, paret de 2 mm, el gradient de temperatura axial màxim admissible (ΔT de dalt a baix) és de 25-35 graus. El pandeig s'observa després de 100-500 cicles de calor per a un gradient superior a 40 °C. Per als escalfadors restringits per suports, el gradient permès és més petit (de 15 a 25 graus). El gradient en l'estat crític depèn de la relació d'esveltesa del tub (longitud/diàmetre) i el gruix de la paret.

Mecànica de pandeig i esforç crític
Si escalfeu un tub de manera desigual, el costat calent s'expandeix més que el costat fred. Si els extrems estan subjectats (per la brida de muntatge a la part superior i la punta lliure a la part inferior), la part més calenta passa a compressió. La tensió crítica de pandeig per a un tub de paret fina ve donada per σ_crit=(π^2 * E * I) / (L^2 * A) on E és el mòdul elàstic de PFA (500-700 MPa a 100 graus ), I és el moment d'inèrcia, L és la longitud de la secció transversal A és l'àrea de la secció transversal. I=π/64 x (OD4-ID4)=0.049 x (25 4-21 4)=0.049 x (390 625-194 481)=0.049 x 196 144=9 611 mm4 per a un tub de paret de 25 mm de dia exterior i 2 mm. A=144.5 mm2. Amb una longitud de secció més calenta de 0,6 m (la meitat de l'escalfador), σ_crit=(π² × 600 × 9.611) / (600² × 144,5)=(9.870 × 9.611) / (360.000 × 144,5} 6 / (360.000 × 144,5}) {{444,5} 6}6} MPa. L'esforç de compressió degut a l'expansió tèrmica és σ_tèrmica=E* *ΔT on=110 ppm/ grau Per a σ_tèrmica=σ_crit, ΔT_crit=σ_crit/(E )=1.82/(600×110}}/{{061}}) {= σ_crit Això coincideix amb el rang observat de 25-35 graus C.

Si la longitud completa de l'escalfador (1,2 m) és la secció calenta, L augmenta, σ_crit baixa a 0,45 MPa i ΔT_crit és de 6,8 graus, un valor poc pràctic. El pandeig és més probable que es produeixi si la zona calenta es troba en un extrem (ja sigui superior o inferior) en lloc de distribuir-se uniformement. Per a un perfil de convecció natural típic amb una part superior més calenta (l'escalfador), la longitud de la zona calenta és freqüentment del 30 al 50% de la longitud total, produint ΔT_crit en un rang de 25-35 graus.

Geometria de l'escalfador Gradient tèrmic permès
Longitud de l'escalfador (m) OD (mm) Paret (mm) Longitud de la zona calenta (m) σ crit (MPa) ΔT crit (graus) ΔT màxim recomanat per a un funcionament segur 0.8 25 2.0 0.4 (50% superior) 4.2 64 40 grau 1.0 25 2.0 0.5 2.7 41 30 grau 1.2 25 2.0 0.6 1.8 27 20 grau 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15} grau 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15} grau 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15} més feble paret
1.2 32 2.5 0.6 2.5 38 25 grau (tub més rígid)
1.2 25 2.5 0.6 2.2 33 25 grau (paret més gruixuda)
1.2 amb suport mitjà de -span 25 2.0 0.6 (dues seccions de 0,3 m) 7,3 cada 110 60 grau (els suports eviten l'enfonsament)
La prevenció del pandeig a la pràctica
Es permet un diferencial de temperatura vertical màxim de 20 graus per al funcionament segur a llarg termini d'un escalfador PFA d'1,2 m. Si el perfil de convecció natural dóna un gradient de 15 graus C (80 graus inferior, 95 graus superiors), l'escalfador és segur. Si el gradient s'acosta als 25 graus, es pot cedir després de nombrosos cicles. Si el gradient arriba als 35 graus , és probable que es produeixi un pandeig en poques setmanes.

Per reduir el gradient tèrmic:

Utilitzeu un escalfador de pas variable per adaptar la generació de calor a la pèrdua de calor local (més potència a la part inferior menys potència a la part superior).

Instal·leu una bomba de recirculació per eliminar l'estratificació per convecció natural.

Col·loqueu una funda metàl·lica o un anell guia al voltant de l'escalfador a mitja{0}}alçada (500-600 mm des de la brida). L'anell de guia atura el moviment lateral i augmenta l'estrès crític de pandeig en 4 × (la longitud efectiva es redueix a la meitat, sigma_crit augmenta 4 ×). L'anell de guia no ha de tenir una presa ferma. Deixeu 2-3 mm d'espai per a l'expansió tèrmica.

Reduïu la densitat de watts a la zona superior, ja sigui reduint la potència total o augmentant la superfície de l'escalfador.

Detecció de pandeig
El pandeig es veu com una flexió o ona persistent a la funda de PFA. Primers senyals: l'escalfador ja no penja verticalment, toca la paret del dipòsit o altres escalfadors. L'ampolla es produeix a causa d'un sobreescalfament localitzat on es posa en contacte la paret del dipòsit (PFA contra metall). Si veieu que s'ha deformat, desconnecteu l'escalfador immediatament. No es redreçarà quan es refredi, el PFA ha cedit permanentment. Canviar l'escalfador. Reduïu el gradient de temperatura abans de la substitució (canvieu la distribució d'energia o afegiu el flux).

Camp-Prova
Un escalfador de PFA d'1,2 m en un bany de revestiment de 90 graus amb circulació limitada va produir un gradient de temperatura de dalt a baix de 28 graus (76 graus inferior, 104 graus superior). Al cap de 3 mesos els treballadors van trobar l'escalfador en contacte amb la paret del dipòsit. La inspecció va mostrar 15 mm de proa a mitja-altura. Es va canviar l'escalfador. El gradient es va reduir a 8 graus després d'instal·lar una bomba de recirculació. L'escalfador de substitució va durar 3+ anys. El cost de la bomba (500) era inferior al de l'escalfador de substitució del cost (500) era inferior al del calefactor de substitució del cost (800) amb temps d'inactivitat.

CONCLUSIÓ GRADIENT MÀXIM 20 graus PER CALEFACCIÓ 1,2m
Per a un escalfador de PFA d'1,2 m de llarg amb 25 mm de diàmetre exterior, 2 mm de paret, el gradient de temperatura màxim admissible entre la part superior i la part inferior per evitar l'enfonsament és de 20 a 25 graus per a un funcionament continu segur. Si la temperatura supera els 35 graus, enganxeu-vos en poques setmanes. El gradient crític és més baix per a escalfadors més llargs (1,5 m: 15 graus) i parets més primes (1,5 mm: 15 graus). Per evitar el pandeig, vigileu el perfil de temperatura vertical, baixeu el gradient mitjançant la recirculació o els escalfadors de pas variable i proporcioneu anells de guia de mig -span si els gradients són inevitables. No és una ruptura progressiva. És una inestabilitat geomètrica sobtada que deforma permanentment l'escalfador. Respecteu el gradient, l'escalfador de suport o tots dos. Un escalfador feliç és un escalfador directe. Mantingueu-lo recte. Mantingueu-lo segur.