Химическому заводу требовалось 12 кВт тепловой мощности для кислотной ванны объемом 3000 литров. Химический состав и температура ванны требовали плотности ватт не выше 0,9 Вт/см², чтобы поддерживать температуру оболочки в безопасных пределах. Менеджер по техническому обслуживанию завода задался вопросом, сможет ли погружной нагреватель из ПТФЭ обеспечить мощность 12 кВт при такой плотности ватт, не будучи при этом слишком большим для резервуара.
Ответ — да, но для этого требуется подход к проектированию, который отличается от стандартного выбора обогревателя. Низкая плотность ватт и высокая выходная мощность в киловаттах не противоречат друг другу-просто требуется большая площадь поверхности. Задача состоит в том, чтобы разместить эту площадь поверхности в доступном пространстве резервуара.
Требование к площади поверхности
Взаимосвязь между мощностью, площадью поверхности и плотностью ватт проста: A=P / WD. Для мощности 12 кВт при 0,9 Вт/см² необходимая площадь поверхности составляет 13 333 см². Это большая площадь,-примерно размером с лобовое стекло небольшого автомобиля-, и ее необходимо упаковать в обогреватель, соответствующий размеру бака.
Стандартный прямой нагреватель из ПТФЭ с диаметром оболочки 50 мм обеспечивает площадь примерно 157 см² на 100 мм длины нагрева. Для достижения площади 13 333 см² длина обогрева должна составлять 8 500 мм – 8,5 метра. Это не поместится ни в один обычный танк.
| Мощность | Ватт Плотность | Требуемая площадь поверхности | Длина с подогревом (50 мм) | Длина с подогревом (63 мм) |
|---|---|---|---|---|
| 6 кВт | 0,9 Вт/см² | 6667 см² | 4250 мм | 3370 мм |
| 8 кВт | 0,9 Вт/см² | 8889 см² | 5660 мм | 4490 мм |
| 10 кВт | 0,9 Вт/см² | 11 111 см² | 7080 мм | 5610 мм |
| 12 кВт | 0,9 Вт/см² | 13 333 см² | 8500 мм | 6730 мм |
| 15 кВт | 0,9 Вт/см² | 16 667 см² | 10 620 мм | 8410 мм |
Требования к площади поверхности и длине нагрева для ПТФЭ-нагревателей низкой-ватт-плотности и высокой-мощности
Многопроходное-решение
Проблема площади поверхности решается путем сгибания нагреваемого элемента в многопроходную-конфигурацию. Нагреватель с восемью проходами по 1000 мм каждый обеспечивает длину нагрева 8000 мм на площади примерно 1000 × 400 мм. При диаметре оболочки 63 мм это обеспечивает площадь поверхности примерно 15 800 см²,-более чем достаточно для мощности 12 кВт при 0,9 Вт/см².
Количество проходов и длина прохода определяются доступным пространством резервуара. Более глубокий резервуар позволяет делать более длинные передачи и делать их меньше. Неглубокий резервуар требует более коротких и большего количества проходов.
| Количество проходов | Длина прохода | Общая длина нагрева | След (прибл.) | Площадь поверхности (63 мм) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1000 мм | 4000 мм | 1000 × 250 мм | 7900 см² |
| 6 | 1000 мм | 6000 мм | 1000 × 380 мм | 11 900 см² |
| 8 | 1000 мм | 8000 мм | 1000 × 500 мм | 15 800 см² |
| 10 | 800 мм | 8000 мм | 800 × 500 мм | 15 800 см² |
| 12 | 700 мм | 8400 мм | 700 × 500 мм | 16 600 см² |
Многоходовые-конфигурации для нагревателей из ПТФЭ высокой-мощности и низкой-ватт-плотности
Соображения о потоке и расстоянии
Многоходовой-нагреватель с множеством проходов создает риск затенения потока. Жидкость между проходами может застаиваться, что снижает теплопередачу и создает точки перегрева. Расстояние между проходами должно быть достаточным для обеспечения потока между проходами.
Расстояние между проходами 30–40 мм обычно достаточно для водных ванн с умеренным перемешиванием. Для вязких жидкостей или условий низкого-расхода рекомендуется использовать большее расстояние — 40–50 мм. Такое расстояние увеличивает занимаемую площадь нагревателя, что необходимо учитывать при установке резервуара.
| Расстояние между проходами | Поток между проходами | Риск горячих точек | Площадь для 8 проходов |
|---|---|---|---|
| 20 мм | Бедный | Высокий | 500 × 400 мм |
| 30 мм | Умеренный | Умеренный | 650 × 400 мм |
| 40 мм | Хороший | Низкий | 800 × 400 мм |
| 50 мм | Отличный | Очень низкий | 950 × 400 мм |
Расстояние между проходами и его влияние на поток, риск возникновения горячих точек и занимаемую площадь
Электрическая конфигурация
Нагреватель мощностью 12 кВт при трехфазном напряжении 480 В потребляет примерно 14,4 А на фазу. Элемент можно сконфигурировать как одну трехфазную-нагрузку или как несколько однофазных-элементов, подключенных параллельно. Клеммная коробка должна вмещать проводники и соединения.
В многоходовом нагревателе элемент часто разделяется на несколько цепей, каждая из которых имеет собственную пару клемм. Это позволяет подключить нагреватель к имеющемуся источнику питания и обеспечивает некоторую избыточность в случае выхода из строя одной цепи.
Когда резервуар не может вместить необходимую площадь поверхности
Если резервуар не может вместить площадь поверхности, необходимую для мощности 12 кВт при 0,9 Вт/см², можно уменьшить мощность, увеличить плотность ватт (принимая во внимание более короткий срок службы) или использовать несколько нагревателей, распределенных вокруг резервуара.
Несколько обогревателей часто являются лучшим решением. Два нагревателя мощностью 6 кВт, каждый со своим многоходовым пучком, можно расположить на противоположных стенках или в разных углах резервуара. Каждый обогреватель работает при мощности 0,9 Вт/см², а вместе они выдают 12 кВт.
Когда пользовательская конфигурация — единственный вариант
Для работы мощностью 12 кВт при 0,9 Вт/см² требуется площадь поверхности на 13 333 см²-больше, чем у любого стандартного погружного нагревателя из ПТФЭ. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с восемью или более проходами, диаметром оболочки 63 мм и расстоянием между ними 40 мм обеспечивает необходимую площадь поверхности в типичном резервуаре емкостью 3000 литров. Для процесса спецификации требуются размеры резервуара, химический состав ванны, рабочая температура, условия потока и требуемая мощность.
