Zakład chemiczny potrzebował 12 kW mocy grzewczej na 3000-litrową kąpiel kwasową. Skład chemiczny kąpieli i temperatura wymagały gęstości watów nie większej niż 0,9 W/cm², aby utrzymać temperaturę płaszcza w bezpiecznych granicach. Kierownik ds. konserwacji zakładu miał wątpliwości, czy grzałka zanurzeniowa z PTFE może dostarczyć 12 kW przy tej gęstości watów, nie będąc jednocześnie zbyt dużą, aby zmieściła się w zbiorniku.
Odpowiedź brzmi: tak, ale wymaga to podejścia projektowego różniącego się od standardowego doboru grzejników. Niska gęstość watów i duża moc wyjściowa kilowatów nie są ze sobą sprzeczne-po prostu wymagają większej powierzchni. Wyzwaniem jest dopasowanie tej powierzchni do dostępnej przestrzeni zbiornika.
Wymagania dotyczące powierzchni
Zależność pomiędzy mocą, powierzchnią i gęstością watów jest prosta: A=P / WD. Dla 12 kW przy 0,9 W/cm² wymagana powierzchnia wynosi 13 333 cm². Jest to duży obszar-mniej więcej wielkości przedniej szyby małego samochodu-, który należy zmieścić w grzejniku pasującym do zbiornika.
Standardowy prosty grzejnik PTFE o średnicy osłony 50 mm zapewnia około 157 cm² na 100 mm nagrzanej długości. Aby osiągnąć 13 333 cm², długość podgrzewana musiałaby wynosić 8500 mm – 8,5 metra. To nie mieści się w żadnym normalnym zbiorniku.
| Moc | Gęstość watów | Wymagana powierzchnia | Długość podgrzewana (50 mm) | Długość podgrzewana (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6 kW | 0,9 W/cm² | 6667 cm² | 4250 mm | 3370 mm |
| 8 kW | 0,9 W/cm² | 8889 cm² | 5660 mm | 4490 mm |
| 10 kW | 0,9 W/cm² | 11111 cm² | 7080 mm | 5610 mm |
| 12 kW | 0,9 W/cm² | 13 333 cm² | 8500 mm | 6730 mm |
| 15 kW | 0,9 W/cm² | 16 667 cm² | 10620 mm | 8410 mm |
Wymagania dotyczące powierzchni i długości podgrzewania dla grzejników PTFE o niskiej-watowej-gęstości-wysokiej mocy
Rozwiązanie-wieloprzepustowe
Problem pola powierzchni rozwiązuje się poprzez zgięcie podgrzewanego elementu w konfiguracji wielo-przejściowej. Grzejnik z ośmioma przejściami po 1000 mm każdy zapewnia 8000 mm ogrzewanej długości na powierzchni około 1000 × 400 mm. Dzięki średnicy osłony wynoszącej 63 mm zapewnia to około 15 800 cm² powierzchni-więcej niż potrzeba dla 12 kW przy 0,9 W/cm².
Liczba przejazdów i ich długość zależą od dostępnej przestrzeni w zbiorniku. Głębszy zbiornik pozwala na dłuższe przejazdy i mniejszą ich liczbę. Płytki zbiornik wymaga krótszych i częstszych przejść.
| Liczba przejść | Długość przejścia | Całkowita długość podgrzewana | Powierzchnia (w przybliżeniu) | Powierzchnia (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1000 mm | 4000 mm | 1000 × 250 mm | 7900 cm² |
| 6 | 1000 mm | 6000 mm | 1000 × 380 mm | 11 900 cm² |
| 8 | 1000 mm | 8000 mm | 1000 × 500 mm | 15 800 cm² |
| 10 | 800 mm | 8000 mm | 800 × 500 mm | 15 800 cm² |
| 12 | 700 mm | 8400 mm | 700 × 500 mm | 16 600 cm² |
Konfiguracje wieloprzebiegowe dla grzejników PTFE o-wysokiej-wyjściowej mocy i niskiej-watach-gęstości-
Rozważania dotyczące przepływu i odstępów
Wieloprzepływowy grzejnik-z wieloma przejściami stwarza ryzyko zacienienia przepływu. Płyn pomiędzy przejściami może stać w miejscu, ograniczając przenoszenie ciepła i tworząc gorące punkty. Odstęp między przejściami musi być wystarczający, aby umożliwić przepływ pomiędzy przejściami.
W przypadku kąpieli wodnych przy umiarkowanym mieszaniu odstęp między przejściami wynosi 30–40 mm. W przypadku lepkich płynów lub warunków o małym-przepływie zaleca się większy odstęp 40–50 mm. Rozstaw zwiększa powierzchnię zajmowaną przez grzejnik, co należy uwzględnić przy dopasowaniu zbiornika.
| Odstęp między przejściami | Przepływ pomiędzy przejściami | Ryzyko gorącego punktu | Ślad na 8 przejść |
|---|---|---|---|
| 20 mm | Słaby | Wysoki | 500 × 400 mm |
| 30 mm | Umiarkowany | Umiarkowany | 650 × 400 mm |
| 40 mm | Dobry | Niski | 800 × 400 mm |
| 50 mm | Doskonały | Bardzo niski | 950 × 400 mm |
Odstęp między przejściami i jego wpływ na przepływ, ryzyko gorących punktów i zajmowaną powierzchnię
Konfiguracja elektryczna
Grzejnik o mocy 12 kW, zasilany trzema-fazami i napięciem 480 V, pobiera około 14,4 A na fazę. Element można skonfigurować jako pojedyncze obciążenie trójfazowe-lub jako wiele elementów jednofazowych-połączonych równolegle. Obudowa zacisków musi pomieścić przewody i połączenia.
W przypadku grzejnika-wieloprzebiegowego element jest często podzielony na wiele obwodów, każdy z własną parą zacisków. Umożliwia to podłączenie grzejnika do dostępnego zasilania i zapewnia pewną redundancję w przypadku awarii jednego obwodu.
Gdy zbiornik nie może pomieścić wymaganej powierzchni
Jeśli zbiornik nie jest w stanie pomieścić powierzchni wymaganej dla 12 kW przy 0,9 W/cm², dostępne opcje obejmują zmniejszenie mocy, zwiększenie gęstości watów (akceptując krótszą żywotność) lub zastosowanie wielu grzejników rozmieszczonych wokół zbiornika.
Często najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie wielu grzejników. Dwa grzejniki o mocy 6 kW, każdy z własnym pakietem-wieloprzebiegowym, można umieścić na przeciwległych ścianach lub w różnych rogach zbiornika. Każdy grzejnik działa z mocą 0,9 W/cm² i razem dostarczają 12 kW.
Kiedy niestandardowa konfiguracja jest jedyną opcją
Do obciążenia 12 kW przy 0,9 W/cm² wymagane jest 13 333 cm² powierzchni-więcej niż zapewnia jakakolwiek standardowa grzałka zanurzeniowa z PTFE. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z ośmioma lub więcej przejściami, średnicą osłony 63 mm i odstępem 40 mm zapewnia wymaganą powierzchnię w typowym zbiorniku o pojemności 3000 litrów. Proces specyfikacji wymaga wymiarów zbiornika, składu chemicznego kąpieli, temperatury roboczej, warunków przepływu i wymaganej mocy.
