Prečo štandardné ohrievače zamrznú v extrémnych mrazoch

Zamyslite sa nad výskumným centrom v Antarktíde alebo elektrárňou na zemný plyn na Sibíri. Zariadenie je prvotriedne-a inžinierstvo je veľmi starostlivé, avšak vykurovacie systémy sa neustále pokazia, keď teplota klesne na -40 stupňov . Väčšina ohrievačov dokáže bez problémov vydržať teploty až do 800 stupňov (1472 stupňov F), preto nie je zvyčajne problémom maximálna teplota. Problém je so schopnosťou štartovať za studena, riadiť tepelnú rozťažnosť a ako sa materiály správajú pri veľmi nízkych teplotách.

Štandardné ohrievače kaziet očakávajú, že počiatočná teplota bude izbová teplota. Ich dizajnéri zistili, koľko miesta je potrebné na tepelnú rozťažnosť pri pracovných teplotách, nie na kontrakciu, ku ktorej dochádza, keď ortuť klesne na -40 stupňov . Kovový kryt sa zmršťuje viac ako keramické jadro vo vnútri, čo by mohlo zanechať medzery, ktoré sa vyplnia vlhkosťou. Po pripojení prúdu sa vlhkosť premení na paru, ktorá rozbije izoláciu oxidu horečnatého a spôsobí skrat. Nízkoteplotné ohrievače kaziet riešia tento problém výberom správnych materiálov a zabezpečením, že zvládnu celý teplotný rozsah od -40 stupňov do +800 stupňov .


Výber materiálu plášťa sa stáva vyvážením. Pre väčšinu použití je nehrdzavejúca oceľ 304 skvelou voľbou, pretože nehrdzavie a je lacná. 316Nehrdzavejúca oceľ L, na druhej strane, lepšie odoláva chloridom a priemyselným chemikáliám, preto je lepšia pre námorné podmienky alebo podmienky chemického spracovania. Zliatiny Incoloy 800 alebo 840 sú ideálnou voľbou pre najextrémnejšie podmienky, vrátane vykurovacích telies, ktoré sú vystavené kryogénnym teplotám aj korozívnemu prostrediu. Sú odolné voči oxidácii pri vysokých teplotách a húževnaté pri nízkych teplotách. Tieto zliatiny niklu-železo-chrómu si zachovávajú svoje mechanické vlastnosti, aj keď teploty výrazne stúpajú a klesajú, čo by mohlo poškodiť iné materiály.

V chladnom počasí je elektrické ukončenie ďalším miestom, kde sa veci môžu pokaziť. Pri -20 stupňoch sa PVC izolácia na štandardných vodičoch stáva krehkou a láme sa. Ohrievače kaziet do dobrého chladného-počasia používajú kompozitnú izoláciu zo sklenených vlákien a silikónu, ktorá zvládne nepretržité používanie pri 250 stupňoch a zostáva flexibilná pri -60 stupňoch . Namiesto bežných epoxidov, ktoré sa pri zmrazení rozpadajú, prechod z oloveného drôtu na teleso ohrievača využíva zalievacie zmesi určené na tepelné cyklovanie.

Pri výbere hustoty wattov pre aplikácie pod nulou musíte byť veľmi opatrní. Ohrievače s vysokou-hustotou (až 63 W/cm²) fungujú dobre na rýchle zahriatie foriem na vstrekovanie plastov, avšak zariadenia, ktoré sa budú používať v chladnom počasí, často fungujú lepšie s dizajnom s nižšou-hustotou. Plošné zaťaženie 12 W/cm² zabraňuje varu hydraulických kvapalín na jednom mieste alebo rozkladu mazacích olejov vplyvom tepla. Cieľom nie je dosiahnuť najvyššiu teplotu; ide o rovnomerné rozloženie tepla, aby tepelné gradienty nenamáhali materiál.

Kompletný sprievodca a technický pohľad na ohrievače kaziet.jpgTo, ako ohrievač nainštalujete, je rovnako dôležité ako to, aký druh si kúpite. Vyvŕtané otvory musia mať nad priemerom ohrievača vôľu +0.02 mm až +0.05 mm, aby sa umožnila tepelná rozťažnosť bez ponechania vzduchových medzier. Akákoľvek medzera väčšia ako 0,1 mm funguje ako tepelná izolácia, vďaka čomu sa ohrievač zahrieva viac, než by mal, a urýchľuje oxidáciu odporového drôtu. Je jednoduchšia údržba ohrievačov s vodiacimi krúžkami alebo závitovými armatúrami na chladných miestach, kde je ťažké ich vybrať na výmenu.

Stratégie tepelnej kontroly sa veľmi líšia od stratégií používaných v miernom podnebí. Základné bimetalové termostaty nemajú presnosť potrebnú pre procesy, ktoré sú citlivé na zmeny teploty. Polovodičové{2}}relé s nulovým{3}}krížovým spínaním obmedzujú elektromagnetické rušenie a predlžujú životnosť ohrievačov, pretože sa zbavujú tepelného šoku, ktorý prichádza s náhlym cyklovaním napájania. Pri zahrievaní laboratórnych zariadení alebo častí lietadiel, kde by zmena o ±2 stupne mohla zmeniť výsledky, je dôležité použiť ohrievače kaziet so zabudovanými-termočlánkami, aby ste získali presné teplotné profily.

Ľudia vo všeobecnosti zabúdajú na špecifikáciu dĺžky pre nevykurované priestory. Štandardné konštrukcie majú chladiace zóny 5 až 10 mm na konci elektródy, aby sa terminál príliš nezahrial. V miestach, kde je teplota -40 stupňov, predĺženie tejto nevyhrievanej časti o 25–50 mm udržuje teploty pripojenia nad rosným bodom, čo zabraňuje tvorbe kondenzátu v elektrických krytoch. Niektoré konštrukcie používajú pravouhlé predĺženia puzdra alebo ohýbacie tvary na posunutie vodičov preč od chladných povrchov a zároveň umožňujú dobrý prenos tepla v pracovnej oblasti.