Aký je maximálny povolený teplotný gradient pozdĺž 1,2 m dlhého ohrievača PFA, aby sa zabránilo vybočeniu plášťa?

Vertikálny ohrievač PFA môže mať teplotný gradient zhora nadol v dôsledku prirodzenej konvekcie (hore teplejšie) alebo -nerovnomerného vinutia. Keď je horná oblasť oveľa teplejšia ako spodná časť, nesúlad pri tepelnej rozťažnosti spôsobí tlakové napätie v teplejšej oblasti. Keď je tlakové napätie väčšie ako kritické deformačné zaťaženie PFA rúrky, plášť sa vylomí a vytvorí vlnu alebo ohyb, aby sa dotkol steny nádrže alebo blízkych ohrievačov. Pre voľne stojaci vertikálny ohrievač 1,2 m dlhý PFA 25 mm OD, 2 mm stena, maximálny povolený axiálny teplotný gradient (ΔT zhora nadol) je 25-35 stupňov. Vybočenie sa pozoruje po 100-500 tepelných cykloch pre gradient nad 40 °C. Pre ohrievače obmedzené podpernými konzolami je povolený sklon menší (15 až 25 stupňov). Gradient v kritickom stave závisí od pomeru štíhlosti rúry (dĺžka/priemer) a hrúbky steny.

Mechanika vzpierania a kritického napätia
Ak ohrievate rúrku nerovnomerne, horúca strana sa roztiahne viac ako studená. Ak sú konce zadržané (montážnou prírubou hore a voľným hrotom dole), teplejšia časť sa stlačí. Kritické napätie vo vzpere pre tenkostennú-rúru je dané vzťahom σ_crit=(π^2 * E * I) / (L^2 * A), kde E je modul pružnosti PFA (500-700 MPa pri 100 stupňoch), I je moment zotrvačnosti, L je dĺžka ohrievaného prierezu. I=π/64 x (OD4- ID4)=0.049 x (25 4-21 4)=0.049 x (390 625-194 481)=0.049 x 196 144=9 611 mm4 pre nástennú rúrku s vonkajším priemerom 25 mm a 2 mm. A=144.5 mm2. S dĺžkou teplejšej sekcie 0,6 m (polovica ohrievača), σ_crit=(π² × 600 × 9 611) / (600² × 144,5)=(9 870 × 9 611) / (360 000 × 9 611) / (360 000 × 1} 14}. 52,0e{46}} MPa. Tlakové napätie v dôsledku tepelnej rozťažnosti je σ_tepelné=E* *ΔT kde=110 ppm/ stupeň Pre σ_tepelné=σ_crit, ΔT_crit=σ_crit/(E )=1.82/{062}°1 stupeň . To súhlasí s pozorovaným rozsahom 25-35 °C.

Ak je celá dĺžka ohrievača (1,2 m) horúca časť, L stúpa, σ_crit klesá na 0,45 MPa a ΔT_crit je 6,8 stupňa – nepraktická hodnota. vybočenie je najvhodnejšie, ak je horúca zóna umiestnená na jednom konci (buď hore alebo dole), a nie rovnomerne rozložená. Pre typický profil prirodzenej konvekcie s teplejšou hornou časťou (ohrievač) je dĺžka horúcej zóny často 30-50 % celkovej dĺžky, čo dáva AT_crit v rozsahu 25-35 stupňov.

Geometria ohrievača Prípustný teplotný gradient
Dĺžka ohrievača (m) OD (mm) Stena (mm) Dĺžka horúcej zóny (m) σ krit (MPa) ΔT krit ( stupeň )Odporúčané maximálne ΔT pre bezpečnú prevádzku 0.8 25 2.0 0.4 (horných 50 %) 4.2 64 40 stupeň 1.0 25 2.0 0.5 2.7 41 30 stupeň 1.2 25 2.0 0.6 1.8 27 20 stupeň 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15 stupeň 1.2 25 1.5 0.6 1.2 18 15 stupeň (we)
1.2 32 2.5 0.6 2.5 38 25 stupeň (tuhšia trubica)
1.2 25 2.5 0.6 2.2 33 25 stupeň (hrubšia stena)
1,2 s podporou stredného-rozpätia 25 2.0 0.6 (dve 0,3m sekcie) 7,3 každý 110 60 stupeň (podpory zabraňujúce vybočeniu)
Prevencia vybočenia v praxi
Pre bezpečnú dlhodobú prevádzku 1,2 m ohrievača PFA je povolený maximálny vertikálny teplotný rozdiel 20 stupňov. Ak profil prirodzenej konvekcie poskytuje gradient 15 stupňov C (dole 80, hore 95 stupňov C), potom je ohrievač bezpečný. Ak sa gradient priblíži k 25 stupňom, môže sa po mnohých cykloch vychýliť. Ak gradient dosiahne 35 stupňov, vybočenie je pravdepodobné v priebehu niekoľkých týždňov.

Na zníženie tepelného spádu:

Použite ohrievač s premenlivým sklonom, aby ste prispôsobili tvorbu tepla lokálnym tepelným stratám (väčší výkon dole, menej výkonu hore).

Nainštalujte recirkulačné čerpadlo na odstránenie stratifikácie prirodzenou konvekciou.

Okolo ohrievača umiestnite kovovú objímku alebo vodiaci krúžok v strednej{0}}výške (500 – 600 mm od príruby). Vodiaci krúžok zastaví bočný pohyb a 4× zvýši kritické vzperné napätie (účinná dĺžka sa zníži na polovicu, sigma_crit sa zvýši 4×). Vodiaci krúžok by nemal pevne držať. Nechajte 2-3 mm priestor pre tepelnú rozťažnosť.

Znížte hustotu wattov v hornej zóne buď znížením celkového výkonu alebo zvýšením plochy povrchu ohrievača.

Detekcia vybočenia
Vybočenie je vnímané ako pretrvávajúci ohyb alebo vlna v PFA puzdre. Prvé príznaky: ohrievač už nevisí vertikálne, dotýka sa steny nádrže alebo iného ohrievača. K tvorbe pľuzgierov dochádza v dôsledku lokálneho prehriatia v mieste kontaktu so stenou nádrže (PFA proti kovu). Ak uvidíte deformáciu, okamžite odpojte ohrievač. Po ochladení sa nevyrovná, PFA trvalo povolila. Vymeňte ohrievač. Pred výmenou znížte teplotný gradient (zmeňte distribúciu výkonu alebo pridajte prietok).

Field-Test
1,2 m PFA ohrievač v 90 stupňovom pokovovacom kúpeli s obmedzenou cirkuláciou poskytoval teplotný gradient zhora nadol 28 stupňov (dole 76 stupňov, hore 104 stupňov). Po 3 mesiacoch pracovníci našli ohrievač v kontakte so stenou nádrže. Inšpekcia ukázala 15 mm luk v strednej- výške. Ohrievač bol vymenený. Po inštalácii recirkulačného čerpadla sa sklon znížil na 8 stupňov. Náhradný ohrievač bol bez prevádzky 3+ rokov. Náklady na čerpadlo (500) boli nižšie ako náklady na náhradný ohrievač (500) boli nižšie ako náklady na náhradný ohrievač (800) s prestojmi.

ZÁVER MAX. 20 stupňový GRADIENT PRE 1,2 m VYKUROVANIE
Pre 1,2 m dlhý ohrievač PFA s vonkajším priemerom 25 mm a stenou 2 mm je maximálny povolený teplotný gradient medzi hornou a spodnou časťou, aby sa zabránilo vybočeniu, 20–25 stupňov pre bezpečnú nepretržitú prevádzku. Ak teplota presiahne 35 stupňov, pripnite sa do niekoľkých týždňov. Kritický gradient je nižší pre dlhšie ohrievače (1,5 m: 15 stupňov) a tenšie steny (1,5 mm: 15 stupňov). Aby ste predišli vybočeniu, sledujte vertikálny teplotný profil, znížte gradient pomocou recirkulačných ohrievačov alebo ohrievačov s premenlivým sklonom a ak je to nevyhnutné, použite vodiace krúžky stredného rozpätia. Nie je to progresívny rozpad. Ide o náhlu geometrickú nestabilitu, ktorá trvalo deformuje ohrievač. Rešpektujte sklon, podporný ohrievač alebo oboje. Šťastný ohrievač je rovný ohrievač. Držte to rovno. Udržujte ho v bezpečí.