Po jedenastu miesiącach pracy w anodowni wyjęto dużą grzałkę zanurzeniową z PTFE ze zbiornika kwasu siarkowego o głębokości 1200 mm. Po zainstalowaniu grzejnik był prosty. Był teraz wygięty w kierunku ściany zbiornika o prawie 14 mm w środku. Śruby mocujące były nadal dokręcone, a grzejnik nie pękł, ale łuk otworzył szczelinę pomiędzy grzejnikiem a ścianą, tworząc strefę zastoju, w której płyn się przegrzewał i PTFE uległ degradacji.
Odkształcenie dziobu jest rodzajem uszkodzenia konstrukcji, które jest powszechne w głębokich zbiornikach, gdzie grzejnik jest długi i smukły. Grzejnik jest utwierdzony u góry za pomocą kołnierza montażowego, a u dołu za pomocą prowadnicy lub wspornika. Kiedy grzejnik się nagrzewa, rozszerza się. Ograniczenia uniemożliwiają równomierne rozszerzanie, a grzejnik wygina się, aby złagodzić naprężenia.
Dlaczego głębokie zbiorniki promują kłanianie się
W głębokim zbiorniku grzałka jest długa. Zbiornik o głębokości 1200 mm może wymagać grzejnika o długości 1000 mm. Stosunek długości-do-średnicy jest wysoki, co zapewnia elastyczność grzejnika. Długi, smukły grzejnik wygina się łatwiej niż krótki, gruby.
Rozkład temperatur w głębokim zbiorniku nie jest równomierny. Dolna część grzejnika jest zanurzona w chłodniejszym, gęstszym płynie. Górna część znajduje się w cieplejszym, mniej gęstym płynie. Różnica temperatur pomiędzy górną i dolną częścią grzejnika powoduje zróżnicowaną rozszerzalność. Cieplejszy wierzch rozszerza się bardziej niż chłodniejszy dół. Grzejnik wygina się w stronę chłodniejszej strony.
| Głębokość zbiornika | Długość grzejnika | Stosunek długości-do-średnicy | Ryzyko ukłonu | Typowy łuk po 12 miesiącach |
|---|---|---|---|---|
| 600 mm | 400 mm | 12:1 | Niski | <3 mm |
| 800 mm | 600 mm | 19:1 | Umiarkowany | 3–8 mm |
| 1000 mm | 800 mm | 25:1 | Wysoki | 8–14 mm |
| 1200 mm | 1000 mm | 31:1 | Bardzo wysoki | 12–20 mm |
| 1500 mm | 1300 mm | 41:1 | Ciężki : silny | >20 mm |
Stosunek długości grzejnika-do-średnicy i ryzyko wygięcia w głębokich zbiornikach
Jak łuk wpływa na wydajność grzejnika
Wygięty grzejnik tworzy szczelinę pomiędzy grzejnikiem a ścianą zbiornika. Szczelina jest najszersza w środku łuku. Płyn w szczelinie stoi w miejscu- i nie może swobodnie krążyć. Powierzchnia grzejnika zwrócona w stronę szczeliny nagrzewa się bardziej, ponieważ ciepło nie może uciec do płynu masowego.
Wyższa temperatura powierzchni przyspiesza degradację PTFE, osadzanie się kamienia i przenikanie. Wygięty obszar staje się pierwszą częścią grzejnika, która ulega awarii.
Łuk zmienia również wzór przepływu po stronie procesowej podgrzewacza. Powierzchnia grzejnika nie jest już równoległa do ściany, a rozkład przepływu staje się nierówny. Obszary, w których szczelina jest wąska, charakteryzują się większą prędkością; obszary, w których szczelina jest szeroka, mają niższą prędkość. Nierówny przepływ powoduje nierównomierność-temperatury w zbiorniku.
Zapobieganie deformacji łuku
Najskuteczniejszą profilaktyką jest zwiększenie sztywności grzejnika. Grubsza osłona jest bardziej odporna na wyginanie się niż cienka. Zwiększenie grubości ścianki osłony z 2,0 mm do 2,5 mm zmniejsza wygięcie o 30–40%.
Dodanie wewnętrznych żeber usztywniających lub centralnej rury nośnej zwiększa sztywność bez zwiększania znacznej wagi. Żebra mogą być przyspawane lub wklejone do elementu wewnętrznego i mogą być ustawione wzdłuż długości grzejnika.
Elastyczna konstrukcja montażowa uwzględnia rozszerzalność cieplną bez narzucania ograniczeń powodujących wyginanie się. Szczelinowe otwory, mocowania sprężynowe-lub przesuwany wspornik umożliwiają grzejnikowi rozszerzanie się i kurczenie bez wyginania się.
| Środek zapobiegawczy | Wpływ na łuk | Realizacja | Koszt |
|---|---|---|---|
| Grubsza osłona 2,5 mm | Redukcja 30–40%. | Projekt grzejnika | Umiarkowany |
| Wewnętrzne żebra usztywniające | Redukcja 40–60%. | Produkcja grzejników | Umiarkowany |
| Szczelinowe otwory montażowe | Redukcja 20–35%. | Projekt montażu | Niski |
| Mocowania sprężynowe- | Redukcja 30–50%. | Projekt montażu | Wyższy |
Środki zapobiegające deformacjom dziobu w głębokich zbiornikach
Kiedy kłanianie się wskazuje na problem projektowy
Uginająca się grzałka pomimo grubszej osłony i elastycznego mocowania świadczy o tym, że głębokość zbiornika i długość grzałki nie są dopasowane do konstrukcji grzałki. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z grubszą osłoną, wewnętrznymi żebrami usztywniającymi i elastyczną konstrukcją montażową eliminuje pierwotną przyczynę wyginania się. Proces specyfikacji wymaga głębokości zbiornika, zakresu poziomu cieczy, długości grzejnika, temperatury roboczej i wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w zbiorniki do głębokiego anodowania to-podejście specyficzne dla danego zastosowania zmniejsza odkształcenie łuku i wydłuża żywotność grzejnika.
