म्यान की बकलिंग से बचने के लिए 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​हीटर के साथ अधिकतम स्वीकार्य थर्मल ग्रेडिएंट क्या है?

एक ऊर्ध्वाधर पीएफए ​​हीटर में प्राकृतिक संवहन (शीर्ष गर्म) या गैर-समान वाइंडिंग के कारण ऊपर से नीचे तक तापमान में उतार-चढ़ाव हो सकता है। जब शीर्ष क्षेत्र निचले भाग की तुलना में अधिक गर्म होता है, तो थर्मल विस्तार बेमेल गर्म क्षेत्र में संपीड़न तनाव का कारण बनता है। जब संपीड़न तनाव पीएफए ​​ट्यूब के महत्वपूर्ण बकलिंग लोड से अधिक होता है, तो म्यान झुक जाएगा और टैंक की दीवार या आस-पास के हीटरों को छूने के लिए एक लहर पैदा करेगा या झुक जाएगा। एक मुक्त खड़े ऊर्ध्वाधर हीटर 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार के लिए, अधिकतम अनुमेय अक्षीय तापमान ढाल (ΔT ऊपर से नीचे) 25-35 डिग्री है। 40 डिग्री सेल्सियस से अधिक की ढाल के लिए 100-500 ताप चक्रों के बाद बकलिंग देखी जाती है। समर्थन ब्रैकेट द्वारा प्रतिबंधित हीटरों के लिए अनुमत ढाल छोटा (15 से 25 डिग्री) है। क्रांतिक अवस्था में ढाल ट्यूब के पतलापन अनुपात (लंबाई/व्यास) और दीवार की मोटाई पर निर्भर करती है।

बकलिंग और क्रिटिकल स्ट्रेस मैकेनिक्स
यदि आप किसी ट्यूब को असमान रूप से गर्म करते हैं, तो गर्म पक्ष ठंडे पक्ष की तुलना में अधिक फैलता है। यदि सिरों को रोक दिया जाता है (शीर्ष पर बढ़ते फ्लैंज और नीचे की ओर मुक्त टिप द्वारा) तो गर्म भाग संपीड़न के तहत चला जाता है। एक पतली {{2}दीवार वाली ट्यूब के लिए महत्वपूर्ण बकलिंग तनाव σ_crit=(π^2 * E * I) / (L^2 * A) द्वारा दिया जाता है, जहां E PFA का लोचदार मापांक है (100 डिग्री पर 500{9}}700 MPa), I जड़ता का क्षण है, L गर्म खंड की लंबाई है और A क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है। 25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार ट्यूब के लिए मैं=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 मिमी4। ए=144.5 मिमी2. 0.6 मीटर (हीटर का आधा) की गर्म खंड लंबाई के साथ, σ_crit=(π² × 600 × 9,611) / (600² × 144.5) {{35 }} (9,870 × 9,611) / (360,000 × 144.5)=94.8e6 / 52.0e6=1.82 एमपीए. थर्मल विस्तार के कारण संपीड़न तनाव σ_थर्मल=ई* *ΔT है जहां=110 पीपीएम/डिग्री σ_थर्मल=σ_crit के लिए, ΔT_crit=σ_crit/(E )=1.82/(600×110e-6)=1.82/0.066=27.6 डिग्री। यह 25-35 डिग्री सेल्सियस की देखी गई सीमा से सहमत है।

यदि हीटर की पूरी लंबाई (1.2 मीटर) गर्म खंड है, तो एल बढ़ जाता है, σ_crit 0.45 एमपीए तक कम हो जाता है और ΔT_crit 6.8 डिग्री है - एक अव्यावहारिक मान। यदि गर्म क्षेत्र समान रूप से वितरित होने के बजाय एक छोर (या तो ऊपर या नीचे) पर स्थित है, तो बकलिंग सबसे अधिक संभावना है। गर्म शीर्ष (हीटर) के साथ एक विशिष्ट प्राकृतिक संवहन प्रोफ़ाइल के लिए, गर्म क्षेत्र की लंबाई अक्सर कुल लंबाई का 30-50% होती है जो 25-35 डिग्री रेंज में ΔT_crit उत्पन्न करती है।

हीटर ज्यामिति थर्मल ग्रेडिएंट अनुमेय
हीटर की लंबाई (एम) ओडी (मिमी) दीवार (मिमी) हॉट जोन की लंबाई (एम) σ क्रिट (एमपीए) Δटी क्रिट (डिग्री) सुरक्षित संचालन के लिए अनुशंसित अधिकतम ΔT 0.8 25 2.0 0.4 (शीर्ष 50%) 4.2 64 40 डिग्री 1.0 25 2.0 0.5 2.7 41 30 डिग्री 1.2 25 2.0 0.6 1.8 27 20 डिग्री 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15 डिग्री 1.2 25 1.5 0.6 1.2 18 15 डिग्री (कमजोर दीवार)
1.2 32 2.5 0.6 2.5 38 25 डिग्री (कठोर ट्यूब)
1.2 25 2.5 0.6 2.2 33 25 डिग्री (मोटी दीवार)
1.2 मध्य-स्पैन समर्थन के साथ 25 2.0 0.6 (दो 0.3 मीटर खंड) 7.3 प्रत्येक 110 60 डिग्री (झुकल को रोकने में समर्थन करता है)
व्यवहार में बकलिंग की रोकथाम
1.2 मीटर पीएफए ​​हीटर के सुरक्षित दीर्घकालिक संचालन के लिए 20 डिग्री के अधिकतम ऊर्ध्वाधर तापमान अंतर की अनुमति है। यदि प्राकृतिक संवहन प्रोफ़ाइल 15 डिग्री C ग्रेडिएंट (नीचे 80, शीर्ष 95 डिग्री C) देती है तो हीटर सुरक्षित है। यदि ढाल 25 डिग्री तक पहुंचती है, तो यह कई चक्रों के बाद झुक सकती है। यदि ढाल 35 डिग्री तक पहुंच जाती है, तो कुछ हफ्तों के भीतर झुकने की संभावना है।

तापीय प्रवणता को कम करने के लिए:

गर्मी उत्पादन को स्थानीय गर्मी हानि के अनुकूल बनाने के लिए वैरिएबल पिच हीटर का उपयोग करें (नीचे अधिक बिजली, ऊपर कम बिजली)।

प्राकृतिक संवहन द्वारा स्तरीकरण को दूर करने के लिए एक रीसर्क्युलेशन पंप स्थापित करें।

हीटर के चारों ओर मध्य{0}}ऊंचाई (फ्लैंज से 500-600 मिमी) पर एक धातु की आस्तीन या गाइड रिंग लगाएं। गाइड रिंग पार्श्व गति को रोकती है और क्रिटिकल बकलिंग तनाव को 4× बढ़ा देती है (प्रभावी लंबाई आधी हो जाती है, सिग्मा_क्रिट 4× बढ़ जाती है)। मार्गदर्शक रिंग कसकर पकड़ने वाली नहीं होनी चाहिए। थर्मल विस्तार के लिए 2-3 मिमी जगह दें।

या तो कुल शक्ति कम करके या हीटर सतह क्षेत्र बढ़ाकर शीर्ष क्षेत्र में वाट घनत्व कम करें।

बकलिंग का पता लगाना
बकलिंग को पीएफए ​​आवरण में लगातार मोड़ या लहर के रूप में देखा जाता है। पहला संकेत: हीटर अब लंबवत नहीं लटक रहा है, यह टैंक की दीवार या अन्य हीटर को छू रहा है। जहां टैंक की दीवार संपर्क में आती है (धातु के खिलाफ पीएफए) स्थानीयकृत अति ताप के कारण छाले हो जाते हैं। यदि आप बकलिंग देखते हैं, तो तुरंत हीटर डिस्कनेक्ट करें। ठंडा होने पर यह सीधा नहीं होगा, पीएफए ​​स्थायी रूप से निकल चुका है। हीटर बदलें. प्रतिस्थापन से पहले तापमान प्रवणता कम करें (बिजली वितरण बदलें या प्रवाह जोड़ें)।

फ़ील्ड-परीक्षण
सीमित परिसंचरण के साथ 90 डिग्री प्लेटिंग बाथ में 1.2 मीटर पीएफए ​​हीटर ने ऊपर से नीचे तक 28 डिग्री (नीचे 76 डिग्री, शीर्ष 104 डिग्री) का तापमान ग्रेडिएंट प्राप्त किया। 3 महीने के बाद कर्मचारियों ने हीटर को टैंक की दीवार के संपर्क में पाया। निरीक्षण में मध्य - ऊंचाई पर 15 मिमी धनुष दिखा। हीटर बदल दिया गया. रीसर्क्युलेशन पंप स्थापित करने के बाद ग्रेडिएंट 8 डिग्री तक कम हो गया। प्रतिस्थापन हीटर 3+ वर्षों तक सीधा था। पंप की लागत (500) डाउनटाइम के साथ फोन रिप्लेसमेंट हीटर की लागत (500) से कम थी।

निष्कर्ष 1.2 मीटर हीटिंग के लिए अधिकतम 20 डिग्री ग्रेडिएंट
25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार के साथ 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​हीटर के लिए, सुरक्षित निरंतर संचालन के लिए बकलिंग से बचने के लिए ऊपर और नीचे के बीच अधिकतम अनुमेय तापमान ढाल 20-25 डिग्री है। यदि तापमान 35 डिग्री से ऊपर चला जाए तो कुछ ही हफ्तों में कमर कस लें। लंबे हीटरों (1.5 मीटर: 15 डिग्री) और पतली दीवारों (1.5 मिमी: 15 डिग्री) के लिए क्रांतिक ढाल कम है। बकलिंग से बचने के लिए, ऊर्ध्वाधर तापमान प्रोफ़ाइल की निगरानी करें, रीसर्क्युलेशन या वैरिएबल पिच हीटर द्वारा ग्रेडिएंट को कम करें, और यदि ग्रेडिएंट अपरिहार्य हैं तो मध्य स्पैन गाइड रिंग प्रदान करें। यह कोई प्रगतिशील टूटन नहीं है. यह एक अचानक ज्यामितीय अस्थिरता है जो हीटर को स्थायी रूप से विकृत कर देती है। ग्रेडिएंट, सपोर्ट हीटर या दोनों का सम्मान करें। एक हैप्पी हीटर एक सीधा हीटर है। इसे सीधा रखें. इसे सुरक्षित रखें.