כיצד מרווח אלמנטים משפיע על הזרימה בין מחממי טבילה מרובים PTFE?

מפעל כימי התקין ארבעה מחממי טבילה מסוג PTFE במיכל כבישה של 2,000-ליטר כדי לספק קיבולת חימום של 16 קילוואט. המחממים הותקנו על שני קירות מנוגדים, כשבכל קיר שני גופי חימום. תנורי החימום בכל קיר היו מרוחקים 60 מ"מ זה מזה. תוך שישה חודשים, המחממים הפנימיים-אלו הפונים זה לזה על פני הרווח הראו PTFE עם שלפוחיות לאורך הקצוות, בעוד המחממים החיצוניים נשארו במצב טוב. הרווח בין המחממים היה צר מדי לזרימה נאותה.

מרווח בין אלמנטים הוא פרמטר עיצובי קריטי כאשר מספר מחממי טבילה PTFE מותקנים באותו מיכל. המרווח קובע אם הנוזל יכול לזרום בחופשיות בין המחממים או שהפער הופך לאזור עומד בו מצטבר חום והמחממים מתחממים יתר על המידה.

מדוע מרווח בין אלמנטים חשוב

כל מחמם טבילה PTFE יוצר פלומה תרמית העולה לאורך הנדן שלו. כאשר שני מחממים מותקנים קרוב זה לזה, הפלומות שלהם מתקשרות. אם הפער רחב מספיק, הפלומות עולות באופן עצמאי, שואבות נוזל קריר מלמטה ושומרות על זרימה לאורך שני המשטחים. אם הפער צר מדי, הפלומים מתמזגים והזרימה בין המחממים הופכת מוגבלת.

בפער צר, הנוזל מחומם משני הצדדים. הוא עולה מהר יותר מהנוזל על המשטחים החיצוניים. הפער הופך לארובה עם נסיגה חזקה, אך הזרימה במשטחי הנדן עשויה להיות לא אחידה. החלק התחתון של הפער עשוי להיות מורעב מזרימה, בעוד לחלק העליון יש מהירות גבוהה. הזרימה הלא אחידה יוצרת נקודות חמות בחלקים התחתונים של המשטחים הפונים.

מרווח מחממים והשפעתו על זרימה וסיכון נקודות חמות

אפקט הארובה

כאשר שני נרתיקים מחוממים זה מול זה, הרווח ביניהם פועל כארובה. הנוזל במרווח מחומם משני הצדדים, הופך פחות צפוף ועולה. נוזל קריר נשאב מלמטה. אפקט הארובה יכול להיות מועיל אם הפער רחב מספיק כדי לאפשר זרימה חלקה, אך הוא יכול להזיק אם הפער צר מדי.

בפער צר, אפקט הארובה חזק אך הזרימה לא אחידה. הנוזל מואץ ככל שהוא עולה, וירידת הלחץ בתחתית הפער מגבילה את זרימת הנוזל הקר. החלק התחתון של הפער מקבל פחות זרימה, והתנורים שם פועלים חמים יותר.

הנחיות מרווחים עבור תצורות מחמם שונות

המרווח המומלץ תלוי בכיוון המחמם, בצפיפות הוואט ובתכונות הנוזל.

עבור מחממים אנכיים הפונים זה לזה, מומלץ מרווח מינימלי של 50 מ"מ עבור צפיפות וואט נמוכה (0.8-1.0 W/cm²) ו-80 מ"מ עבור צפיפות וואט גבוהה יותר (1.2-1.5 W/cm²). יש למדוד את המרווח בין משטחי הנדן, לא בין סוגרי ההרכבה.

עבור תנורי חימום המורכבים על אותו קיר, זה לצד זה, המרווחים יכולים להיות קטנים יותר מכיוון שהתנורים אינם פונים זה לזה. רווח של 30-40 מ"מ מספיק כדי למנוע הפרעות תרמיות בין תנורי חימום סמוכים על אותו קיר.

עבור תנורי חימום אופקיים המוערמים אנכית, המרווח צריך להיות לפחות 100 מ"מ כדי לאפשר לנוצה התרמית מהמחמם התחתון לברוח מבלי להילכד על ידי המחמם העליון.

הנחיות מרווחים עבור תצורות מרובות של מחמם טבילה PTFE

השפעת המרווחים על אחידות הטמפרטורה

מרווח האלמנטים משפיע לא רק על טמפרטורת פני המעטפת אלא גם על אחידות הטמפרטורה במיכל. תנורי חימום הממוקמים קרוב מדי יוצרים אזור חם מקומי ביניהם. הנוזל באזור זה חם יותר מהחלק הגדול, וחלקי העבודה העוברים באזור זה עלולים להיות- מחוממים יתר על המידה.

תנורי חימום מרווחים מפיצים את החום בצורה שווה יותר. הפלומות מכל מחמם עולות באופן עצמאי ומתערבבות עם הנוזל בתפזורת. הטמפרטורה על פני המיכל אחידה יותר.

מרווח בין אלמנטים והשפעתו על אחידות הטמפרטורה ואיכות חלקי העבודה

כאשר לא ניתן להגדיל את המרווחים

אם המיכל אינו יכול להכיל מרווחים גדולים יותר בין המחממים, האפשרויות הן להפחית את מספר המחממים, להפחית את צפיפות הוואטים או להשתמש בתצורת מחמם אחרת. דוד גדול יחיד עם שטח פנים גדול עשוי להיות טוב יותר מאשר תנורי חימום מרובים הממוקמים קרוב.

תצורת תנור טבילה PTFE מותאמת אישית עם מרווח מותאם למיכל ולתהליך מטפל בגורם השורש להגבלת זרימה בין מחממים. תהליך המפרט דורש את מידות המיכל, ספירת המחמם, כיוון המחמם, צפיפות הוואט והספק הנדרש. עבור מתקנים עם מספר מחממים במיכל אחד, גישה ספציפית ליישום-משפרת את הזרימה בין מחממים ומאריכה את חיי השירות של המחמם.