Специализированный химический завод сообщил о необычном симптоме: погружной нагреватель из ПТФЭ в растворе вязкого полимера издавал резкий потрескивающий или хлопающий звук в течение первого часа нагрева-каждое утро. Шум прекратился, как только ванна достигла заданного значения. Нагреватель не получил видимых повреждений, потребляемый ток был в норме. Но шум был предупреждающим знаком:-на поверхности нагревателя во время фазы нагрева-происходило локальное кипение.
Шум пара во время нагрева-является признаком пленочного кипения на поверхности ПТФЭ. Температура поверхности нагревателя достаточно высока для испарения жидкости, находящейся в контакте с ней, но пар не может быстро выйти наружу, поскольку жидкость вязкая. Пузырьки пара резко схлопываются при отрыве, создавая хлопающий звук.
Почему вязкие ванны производят шум пара
В жидкости с низкой-вязкостью, такой как вода, пузырьки пара легко отделяются и поднимаются на поверхность. Они тихо разрушаются в более холодной объемной жидкости. Процесс происходит плавно и без шума.
В вязкой жидкости пограничный слой на поверхности нагревателя толстый. Пузырьки пара, образующиеся на поверхности, не могут легко отделиться, поскольку вязкая жидкость сопротивляется их движению. Пузырьки становятся больше, прежде чем вырваться на свободу. Когда они, наконец, отделяются, они быстро разрушаются, и при коллапсе возникает волна давления, которая слышна как хлопок или потрескивание.
| Вязкость жидкости | Отделение пузыря | Размер пузырька при отделении | Коллапс Энергии | Уровень шума |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Легкий | Маленький | Низкий | Никто |
| 10–100 мПа·с | Умеренный | Умеренный | Умеренный | Слабый |
| 100–1000 мПа·с | Трудный | Большой | Высокий | Звуковой |
| >1000 мПа·с | Очень сложно | Очень большой | Очень высокий | Громкий |
Вязкость и ее влияние на отрыв пузырьков и образование шума
Почему разогрев-является наиболее уязвимым этапом
Во время нагрева-обогреватель работает на полную мощность. Температура поверхности выше, чем при работе в установившемся режиме-, поскольку основная жидкость холоднее, а разница температур между нагревателем и жидкостью больше. Более высокая температура поверхности увеличивает скорость образования пара.
Кроме того, во время нагрева-жидкость становится более вязкой. Вязкость большинства жидкостей уменьшается с повышением температуры. Раствор полимера, давление которого составляет 15 000 мПа·с при 25 градусах, может иметь давление 5 000 мПа·с при 60 градусах. Во время нагрева-жидкость рядом с нагревателем холоднее и более вязкая, чем при заданном значении. Вязкая жидкость задерживает пузырьки пара, и шум становится громче.
Почему шум пара имеет значение
Шум пара – это не просто раздражение. Это указывает на то, что на поверхности нагревателя происходит локализованное кипение. Кипение создает паровую подушку, изолирующую поверхность. Температура поверхности резко возрастает, и ПТФЭ разрушается быстрее, чем при нормальных условиях эксплуатации.
Повторяющееся схлопывание пузырьков пара также создает механическое напряжение на ПТФЭ. Волны давления от обрушений ударяются о поверхность полимера. Со временем напряжение может вызвать усталостное растрескивание и образование пузырей.
Предотвращение парового шума в вязких ваннах
Наиболее эффективной профилактикой является снижение температуры поверхности нагревателя ниже точки кипения жидкости. Это требует снижения удельной мощности и улучшения потока на поверхности нагревателя.
Меньшая плотность ватт-0,5–0,8 Вт/см² снижает температуру поверхности на 15–25 градусов по сравнению с 1,0–1,2 Вт/см². Более низкая температура удерживает поверхность ниже точки кипения в большинстве вязких жидкостей.
Улучшенный поток на поверхности нагревателя-от эдуктора, рециркуляционного насоса или механической мешалки-уменьшает толщину пограничного слоя и снижает температуру поверхности. Местная скорость 0,3–0,5 м/с достаточна для предотвращения парового шума в большинстве вязких жидкостей.
| Меры профилактики | Влияние на температуру поверхности | Выполнение |
|---|---|---|
| Меньшая плотность ватт, 0,5–0,8 Вт/см². | на 15–25 градусов ниже | Конструкция обогревателя |
| Эдуктор на нагревателе | на 20–30 градусов ниже | Небольшой насос или сжатый воздух |
| Рециркуляционный контур | на 25–35 градусов ниже | Насос и трубопроводы |
| Механическое перемешивание | на 15–25 градусов ниже | Мешалка или мешалка |
Меры по предотвращению парового шума в вязких ваннах
Когда шум пара указывает на проблему конструкции
Нагреватель, который издает паровой шум, несмотря на низкую плотность ватт и улучшенный поток, указывает на то, что конструкция нагревателя не подходит для вязкой жидкости. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с очень низкой удельной мощностью, большой площадью поверхности и расположением,-оптимизированным по потоку, устраняет основную причину локального кипения. Для процесса спецификации требуется вязкость жидкости при рабочей температуре, точка кипения, положение нагревателя, условия потока и требуемая мощность. На объектах с вязкими технологическими жидкостями этот подход-специально для применения снижает шум пара и продлевает срок службы нагревателя.
