Заводу металлообработки потребовался сменный погружной нагреватель из ПТФЭ для резервуара серной кислоты глубиной 700 мм. Бак имел ширину 1000 мм и длину 1600 мм, рабочий объем примерно 1050 литров. Существующий нагреватель представлял собой стандартный прямой блок, который выступал на пути заготовки и вышел из строя через 13 месяцев. Группе технического обслуживания нужен был обогреватель, который подходил бы к более глубокому резервуару, поддерживал полное погружение и обеспечивал необходимую мощность при безопасной плотности ватт.
Бак глубиной 700 мм обеспечивает большую полезную длину нагревателя, чем неглубокий резервуар, но размер нагревателя все равно должен соответствовать доступному пространству и обеспечивать безопасное погружение при минимальном уровне жидкости.
Ограничение глубины погружения
Бак глубиной 700 мм не обеспечивает 700 мм полезной длины нагревателя. Уровень жидкости должен быть достаточно высоким, чтобы покрывать заготовки, а нагреватель должен оставаться полностью погруженным в воду при минимальном уровне жидкости. На практике полезная длина обогрева в резервуаре глубиной 700 мм составляет 450–550 мм в зависимости от надводного борта и колебания уровня.
Прямой нагреватель с длиной обогрева 500 мм обеспечивает длину обогрева 500 мм. Для мощности 5 кВт при 1,0 Вт/см² необходимая площадь поверхности составляет 5000 см². При диаметре оболочки 32 мм площадь поверхности составляет примерно 100 см² на 100 мм длины. Длина обогрева 500 мм обеспечивает всего лишь 500 см²-, что намного меньше требуемой площади. Требуется больший диаметр оболочки или многоходовая конфигурация.
| Глубина резервуара | Полезная длина с подогревом | Площадь поверхности при длине оболочки 32 мм | Площадь поверхности при оболочке толщиной 50 мм | Длина обогрева, необходимая для площади 5000 см² |
|---|---|---|---|---|
| 500 мм | 300–350 мм | 300–350 см² | 471–550 см² | 1429–1667 мм |
| 600 мм | 350–450 мм | 350–450 см² | 550–707 см² | 1111–1429 мм |
| 700 мм | 450–550 мм | 450–550 см² | 707–864 см² | 909–1111 мм |
| 800 мм | 550–650 мм | 550–650 см² | 864–1021 см² | 769–909 мм |
Требования к длине обогрева и площади поверхности для режима работы 5 кВт при 1,0 Вт/см²
Решение для нагревателя L-- или U--образной формы
Погружной ПТФЭ-нагреватель L-- или U--образной формы изгибает нагревательный элемент, чтобы разместить большую площадь поверхности в глубоком резервуаре. Типичный нагреватель L-образной формы с вертикальной секцией 500 мм и горизонтальной секцией 600 мм обеспечивает длину нагрева 1100 мм-, что более чем в два раза превышает длину прямого нагревателя при той же глубине резервуара.
При диаметре оболочки 50 мм длина нагрева 1100 мм обеспечивает площадь поверхности примерно 1728 см². Это все еще меньше 5000 см², необходимых для работы мощностью 5 кВт при 1,0 Вт/см². Требуется многопроходная-конфигурация.
| Конфигурация нагревателя | Длина с подогревом | Площадь поверхности при 32 мм | Площадь поверхности на высоте 50 мм | Подходит для бака диаметром 700 мм. |
|---|---|---|---|---|
| Прямой, 500 мм | 500 мм | 500 см² | 785 см² | Да, но недостаточно площади |
| L-образный, 500 + 600 мм | 1100 мм | 1100 см² | 1728 см² | Да |
| U-образный, 500 + 400 + 500 мм | 1400 мм | 1400 см² | 2199 см² | Да |
| Многопроходной-проход, 4 × 500 мм | 2000 мм | 2000 см² | 3142 см² | Да |
| Многопроходной-проход, 7 × 500 мм | 3500 мм | 3500 см² | 5 498 см² | Плотно прилегает |
Конфигурации нагревателя для бака глубиной 700 мм
Установка нагревателя в бак
Нагреватель должен помещаться в доступное пространство, не мешая заготовкам и потоку. В баке размером 1000×1600 мм нагреватель можно расположить вдоль одной стены, оставив центральный объем для стеллажа с заготовками. Многоходовой обогреватель с вертикальным сечением 500 мм и горизонтальным сечением 600 мм устанавливается вдоль стены шириной 1600 мм.
Нагреватель необходимо расположить так, чтобы обогреваемая часть была полностью погружена в воду при минимальном уровне жидкости. Резервуар глубиной 700 мм с уровнем жидкости 600 мм и высотой надводного борта 100 мм обеспечивает полезную глубину 500 мм. Нагреваемая секция нагревателя должна располагаться в нижних 450 мм резервуара, при этом верхняя часть обогреваемой секции должна быть расположена как минимум на 50 мм ниже минимального уровня жидкости.
Равномерность потока и температуры
Многоходовой-нагреватель в глубоком резервуаре может создать затенение потока, если проходы расположены слишком близко друг к другу. Жидкость между проходами может застаиваться, что снижает теплопередачу и создает точки перегрева. Расстояние между проходами должно быть не менее 30–40 мм, чтобы обеспечить поток между ними.
Если в баке имеется циркуляционный насос, нагреватель следует расположить так, чтобы поток проходил через зазоры между проходами. Если в резервуаре используется естественная конвекция, нагреватель следует расположить так, чтобы восходящий тепловой шлейф мог выходить наружу, не попадая в ловушку.
| Расстояние между проходами | Поток между проходами | Риск горячих точек | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Бедный | Высокий | Не рекомендуется |
| 20–30 мм | Умеренный | Умеренный | Только низкая плотность ватт |
| 30–40 мм | Хороший | Низкий | Большинство приложений |
| >40 мм | Отличный | Очень низкий | Высокая плотность мощности или вязкие жидкости |
Расстояние между проходами и его влияние на поток и риск перегрева
Когда стандартный обогреватель не подходит для бака
Для резервуара глубиной 700 мм с мощностью 5 кВт и расходом 1,0 Вт/см² требуется многоходовой-нагреватель, который может отсутствовать в стандартных линейках продукции. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с многоходовой конструкцией, диаметром оболочки 50 мм и расстоянием между проходами 30–40 мм устраняет основную причину нехватки места. Для процесса спецификации требуются размеры резервуара, диапазон уровня жидкости, требуемая мощность, химический состав ванны и условия потока. Для объектов с глубокими резервуарами этот-специфичный подход обеспечивает необходимую площадь поверхности в пределах доступного пространства.
