재순환 펌프 임펠러가 침식되고 유량이 약 60% 감소하면서 화학 공장에서 6kW PTFE 침수형 히터가 손실되었습니다. 벌크 유체 온도는 설정점 3도 이내로 유지되었습니다. 컨트롤러에서는 아무런 문제도 발견되지 않았습니다. 그러나 히터 표면 온도는 표면의 유체가 증발하기 시작하는 지점을 넘어 상승했습니다. 증기 블랭킷이 형성되고 열 전달이 붕괴되었으며 PTFE는 몇 시간 내에 기포가 생기고 갈라졌습니다.
증기 블랭킷은 PTFE 침지 히터의 가장 갑작스러운 고장 모드입니다. 수개월에 걸쳐 발생하는 침투나 피로와는 달리, 담요를 덮으면 한 번의 교대만으로 히터가 파손될 수 있습니다. 트리거는 거의 항상 히터 표면의 유속 저하입니다.-열이 유체의 끓는점 아래에 머물 만큼 빠르게 히터에서 나갈 수 있는지 여부를 결정하는 조건입니다.
대량 끓이기 전에 증기 담요가 발생하는 이유
벌크 비등은 전체 유체가 끓는점에 도달할 때 발생합니다. 증기 차단은 히터 표면에서 발생하는 반면 벌크 유체는 끓는점보다 훨씬 낮은 상태로 유지됩니다. 메커니즘은 간단합니다. 히터 표면 온도는 항상 벌크 유체 온도보다 높습니다. 차이가 충분히 크면 주변 유체는 그렇지 않더라도 히터와 접촉하는 유체는 끓는점에 도달합니다.
80도인 물의 끓는점은 대기압에서 100도입니다. 벌크 위 25도에서 작동하는 히터는 국부 끓는점보다 105도 - 높습니다. 히터 표면에 증기 거품이 형성됩니다. 흐름이 충분하면 더 차가운 벌크 유체에서 기포가 분리되어 붕괴됩니다. 흐름이 약하면 기포가 히터를 단열하는 증기 담요로 합쳐집니다.
담요가 형성되면 열 전달이 붕괴됩니다. 히터 표면 온도는 종종 몇 초 내에 PTFE 분해 범위까지 치솟습니다. 폴리머가 부드러워지고, 물집이 생기고, 갈라집니다. 실패는 되돌릴 수 없습니다.
| 히터에서의 흐름 속도 | 1.2W/cm²에서 히터 ΔT | 80도 벌크의 히터 온도 | 증기 차폐 위험 | 최소 안전 속도 |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6~10도 | 86-90도 | 없음 | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10~15도 | 90~95도 | 낮은 | 적절한 |
| 0.15–0.3 m/s | 15~22도 | 95~102도 | 보통의 | 가장자리 가의 |
| 0.05–0.15 m/s | 22~35도 | 102~115도 | 높은 | 최소 이하 |
| <0.05 m/s | 35~50도 | 115~130도 | 매우 높음 | 위험한 |
80도 수조에서 PTFE 침지 히터의 유속 및 증기 차단 위험
최소 속도 임계값
증기 차단을 방지하는 데 필요한 최소 유속은 유체, 와트 밀도 및 벌크 온도에 따라 다릅니다. 60~80도이고 와트 밀도가 1.0~1.5W/cm²인 수-기반 수조의 경우 일반적으로 증기 기포가 합쳐지기 전에 분리하는 데 최소 0.15m/s의 히터 표면 속도이면 충분합니다.
0.15m/s 미만에서는 마진이 빠르게 좁아집니다. 0.1m/s에서 히터-와-벌크 간극이 25도를 초과할 수 있으며, 이로 인해 히터 표면 온도가 욕조의 국부 끓는점보다 70도 이상 높아집니다. 0.05m/s에서는-실질적으로 정체-되며 간격은 40도를 초과할 수 있으며 증기 차단은 60도 이상의 욕조에서 시작됩니다.
점성 유체의 경우 최소 속도가 더 높습니다. 물의 점도가 3배인 유체는 동일한 경계층 두께를 달성하려면 대략 1.5배의 속도가 필요합니다. 55도의 황산니켈의 경우 1.2W/cm²에서 안전한 작동을 위한 최소 속도는 약 0.25m/s입니다.
| 유체 유형 | 작동 온도에서의 점도 | 1.0W/cm²의 최소 속도 | 1.5W/cm²의 최소 속도 |
|---|---|---|---|
| 물 | 0.5mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| 묽은산 | 0.7mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| 와트 니켈 | 2.0mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| 황산니켈 | 3.5mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| 무전해니켈 | 4.5mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
PTFE 침지식 히터 설치 시 증기 막힘을 방지하기 위한 최소 유속
탱크-수위 유량 측정이 오해를 불러일으키는 이유
히터 표면의 유속은 거의 항상 탱크-평균 속도보다 낮습니다. 살포 파이프와 이덕터는 히터 주변이 아닌 작업물 주변으로 유체를 이동하도록 배치됩니다. 히터는 종종 모서리, 랙 가이드 뒤 또는 국부 속도가 벌크 평균의 일부인 흡입구 반대쪽 벽에 위치합니다.
도금 탱크의 현장 측정에서는 히터-레벨 속도가 탱크 평균보다 30~70% 낮은 것으로 일관되게 나타납니다. 데드존에서는 감소율이 80~90%일 수 있습니다. 공칭 속도가 0.3m/s인 탱크의 히터 표면에서는 0.05~0.1m/s만 있을 수 있습니다.
이것이 탱크-레벨 유량 측정을 사용하여 히터가 안전하게 작동하는지 확인할 수 없는 이유입니다. 측정은 히터 위치에서 수행되어야 합니다. 또는 히터는 적절한 여유를 두고 알려진 고유량 영역에 배치되어야 합니다.
안전한 속도를 유지하기 위한 실질적인 조치
히터를 주 흐름 경로에 배치합니다. 가장 높은 속도와 가장 균일한 흐름은 탱크 중앙이나 순환 입구와 직접적으로 일치하는 곳에서 발생합니다. 모서리, 배플 뒤, 오버플로 위어 근처를 피하십시오.
히터를 향한 전용 추출기 또는 살포 파이프를 사용하십시오. 히터에서 150~250mm 떨어진 곳에 위치하고 히터 표면을 따라 조준된 작은 이덕터 노즐은 국부 속도를 0.3~0.5m/s로 높입니다. 이는 히터의 안전한 속도를 유지하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다.
순환 손실을 감지하기 위해 유량 스위치 또는 압력 차동 센서를 설치하십시오. 펌프 배출 라인의 유량 스위치는 유량이 안전 임계값 아래로 떨어지면 히터에 공급되는 전력을 차단합니다. 스위치는 주 제어 시스템과 독립적이어야 하며 수동 재설정이 필요합니다.
낮은-유량 영역에서 와트 밀도를 줄입니다. 흐름이 0.15m/s 이상으로 유지될 수 없는 위치에서 히터를 작동해야 하는 경우, 와트 밀도를 줄여 히터 표면 온도를 국부 끓는점 아래로 유지해야 합니다. 정체 구역에서 안전한 와트 밀도는 0.6–0.8 W/cm²입니다.
표준 히터가 안전한 속도를 유지할 수 없는 경우
내부 고정 장치가 복잡하고 순환이 제한된 탱크는 안전한 히터 작동에 필요한 유속을 제공할 수 없는 경우가 많습니다. 메인 탱크 용량에서 잘 작동하는 히터는 모서리나 설비 뒤에 흐름이 부족할 수 있습니다.
흐름이 최적화된 위치,{0}}전용 이덕터 및 낮은 와트 밀도를 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 흐름 부족의 근본 원인을 해결합니다. 사양 프로세스에는 탱크 크기, 순환 레이아웃, 히터 위치, 수조 화학 및 필요한 전력량이 필요합니다. 여러 탱크가 있는 시설의 경우 이 애플리케이션별{3}}접근 방식을 사용하면 증기 차폐 위험을 줄이고 히터 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.
