한 특수 화학 공장에서 특이한 증상이 보고되었습니다. 점성 폴리머 용액에 담긴 PTFE 침지 히터가 매일 아침 가열 첫 시간 동안-날카롭게 딱딱거리거나 터지는 소리를 냈습니다. 수조가 설정값에 도달하면 소음이 멈췄습니다. 히터는 눈에 띄게 손상되지 않았으며 전류 소모도 정상이었습니다. 그러나 소음은 가열 단계에서 히터 표면에서 국부적인 끓음이 발생하고 있다는 경고 신호였습니다.-
가열 중 증기 소음-은 PTFE 표면에서 필름이 끓는 증상입니다. 히터 표면 온도는 접촉된 유체를 기화시킬 만큼 높지만 유체가 점성을 띠기 때문에 증기가 빨리 빠져나올 수 없습니다. 증기 기포는 분리될 때 격렬하게 붕괴되어 터지는 소리를냅니다.
점성 수조에서 증기 소음이 발생하는 이유
물과 같이{0}}점도가 낮은 유체에서는 증기 기포가 쉽게 분리되어 표면으로 올라갑니다. 그들은 더 차가운 벌크 유체 속에서 조용히 붕괴됩니다. 프로세스가 원활하고 소음이 발생하지 않습니다.
점성 유체에서는 히터 표면의 경계층이 두껍습니다. 표면에 형성된 증기 거품은 점성 유체가 움직임에 저항하기 때문에 쉽게 분리될 수 없습니다. 거품은 터지기 전에 더 커집니다. 마침내 분리되면 빠르게 붕괴되고, 붕괴로 인해 터지거나 딱딱거리는 소리로 들리는 압력파가 생성됩니다.
| 유체 점도 | 버블 분리 | 분리 시 버블 크기 | 에너지 붕괴 | 소음 수준 |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | 쉬운 | 작은 | 낮은 | 없음 |
| 10~100mPa·s | 보통의 | 보통의 | 보통의 | 희미한 |
| 100~1,000mPa·s | 어려운 | 크기가 큰 | 높은 | 들리는 |
| >1,000mPa·s | 매우 어렵다 | 매우 크다 | 매우 높음 | 시끄러운 |
점도와 기포탈리 및 소음발생에 미치는 영향
가열-업이 가장 취약한 단계인 이유
가열하는 동안-히터는 최대 전력으로 작동합니다. 벌크 유체가 더 차갑고 히터와 유체 사이의 온도 차이가 더 크기 때문에 표면 온도는 정상-상태 작동 중보다 높습니다. 표면 온도가 높을수록 증기 형성 속도가 증가합니다.
또한 가열 중에 유체의 점성이 높아집니다-. 대부분의 유체의 점도는 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 25도에서 15,000mPa·s인 폴리머 용액은 60도에서 5,000mPa·s일 수 있습니다. 가열하는 동안-히터 근처의 유체는 설정점보다 더 차갑고 점성이 높습니다. 점성 유체가 증기 기포를 가두어 소음이 더 커집니다.
증기 소음이 중요한 이유
증기 소음은 단순한 성가심이 아닙니다. 이는 히터 표면에서 국부적인 비등이 발생하고 있음을 나타냅니다. 끓으면 표면을 단열하는 증기 담요가 생성됩니다. 표면 온도가 급등하고 PTFE는 정상적인 작동 조건에서보다 더 빠르게 저하됩니다.
증기 기포의 반복적인 붕괴는 또한 PTFE에 기계적 응력을 발생시킵니다. 붕괴로 인한 압력파가 폴리머 표면에 영향을 미칩니다. 시간이 지남에 따라 스트레스로 인해 피로에 균열이 생기고 물집이 생길 수 있습니다.
점성조의 증기 소음 방지
가장 효과적인 예방 방법은 히터 표면 온도를 유체의 끓는점 이하로 낮추는 것입니다. 이를 위해서는 와트 밀도를 줄이고 히터 표면의 흐름을 개선해야 합니다.
와트 밀도-0.5~0.8W/cm²가 낮으면 표면 온도가 1.0~1.2W/cm²에 비해 15~25도 낮아집니다. 낮은 온도는 대부분의 점성 유체에서 표면을 끓는점 아래로 유지합니다.
이덕터, 재순환 펌프 또는 기계식 교반기로부터-히터 표면의 흐름이 개선되어-경계층 두께가 줄어들고 표면 온도가 낮아집니다. 대부분의 점성 유체에서 증기 소음을 방지하려면 0.3~0.5m/s의 국부 속도이면 충분합니다.
| 예방 조치 | 표면 온도에 미치는 영향 | 구현 |
|---|---|---|
| 더 낮은 와트 밀도, 0.5–0.8 W/cm² | 15~25도 낮음 | 히터 디자인 |
| 히터의 이덕터 | 20~30도 낮음 | 소형 펌프 또는 압축 공기 |
| 재순환 루프 | 25~35도 낮음 | 펌프 및 배관 |
| 기계적 교반 | 15~25도 낮음 | 교반기 또는 교반기 |
점성욕조의 증기소음 방지대책
증기 소음이 설계 문제를 나타내는 경우
낮은 와트 밀도와 향상된 흐름에도 불구하고 증기 소음이 발생하는 히터는 히터 설계가 점성 유체에 적합하지 않음을 나타냅니다. 매우 낮은 와트 밀도, 넓은 표면적 및 흐름-최적화된 위치를 갖춘 맞춤형 PTFE 침지 히터 구성은 국부적인 비등의 근본 원인을 해결합니다. 사양 프로세스에는 작동 온도, 끓는점, 히터 위치, 흐름 조건 및 필요한 전력량에서의 유체 점도가 필요합니다. 점성 공정 유체가 있는 시설의 경우 이 애플리케이션{4}}별 접근 방식은 증기 소음을 줄이고 히터 서비스 수명을 연장합니다.
