पॉलिमर क्षरण को रोकने के लिए पीएफए विसर्जन हीटर और टैंक की दीवार के बीच सुरक्षित दूरी क्या है?
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यदि पीएफए विसर्जन हीटर टैंक की दीवार के बहुत करीब हैं, तो हीटर और टैंक की दीवार के बीच स्थिर या धीमी गति से बहने वाले तरल पदार्थ का एक स्थानीय क्षेत्र विकसित हो जाएगा। पीएफए आवरण से गर्मी को दूर ले जाने वाला विशिष्ट संवहन प्रवाह इस सीमित स्थान में सीमित है। अंतराल में मौजूद तरल पदार्थ धीरे-धीरे गर्म होता है, उसका घनत्व कम हो जाता है और वह ऊपर गर्म तरल पदार्थ के नीचे फंस जाता है। इस घटना को द्रव ठहराव या चैनलिंग कहा जाता है, और स्थानीय गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक अबाधित हीटर की तुलना में 50-80% कम है। दीवार की ओर पीएफए शीथ की सतह का तापमान खुले टैंक की ओर की तुलना में 15-40 डिग्री अधिक है। यह पॉलिमर के क्षरण को तेज करता है, फफोले को बढ़ावा देता है और हीटर के जीवन को कम करता है। सुरक्षित दूरी का मूल्यांकन टैंक स्थान की दक्षता और पूरे हीटर परिधि में उचित द्रव परिसंचरण की आवश्यकता को संतुलित करके किया जा सकता है।
हीटर में द्रव गतिशीलता-से-दीवार गैप
एक सपाट टैंक की दीवार के समानांतर स्थापित ऊर्ध्वाधर बेलनाकार हीटर के लिए, अंतराल की चौड़ाई (जी) हीटर की बाहरी सतह और दीवार के बीच की दूरी है। अंतराल में प्राकृतिक संवहन में आयामहीन रेले संख्या के अनुसार कई शासन होते हैं। जब जी 3-4 डी से बड़ा होता है, तो अंतराल एक खुले चैनल की तरह कार्य करता है, और गर्मी संचरण गुणांक एक मुक्त खड़े हीटर के समान होता है। जब g 1.5D से कम होता है, तो हीटर से ऊपर उठने वाला तरल पदार्थ दीवार की सीमा परत को परेशान करता है। गर्म तरल पदार्थ छोटे अंतराल में ऊपर की ओर बहता है, जिससे एक उच्च वेग जेट बनता है जो नीचे से ठंडे तरल पदार्थ में प्रवेश करता है। दरअसल, यह जेट 0.5D से 1.0D के अंतराल के लिए ताप संचरण को बढ़ाता है। खतरनाक शासन 0.1डी और 0.4डी के बीच के अंतराल पर है। ऐसी छोटी-छोटी जगहों पर दीवार ऊपर की ओर जाने वाली धारा के विकास को रोक देती है। द्रव के फंसने से स्थानीय नुसेल्ट संख्या (आयाम रहित गर्मी हस्तांतरण गुणांक) में फ्रीस्ट्रीम मूल्य के 30-50% की कमी हो जाती है।
मानक 25 मिमी व्यास वाले पीएफए हीटर (डी=25 मिमी) के लिए टैंक की दीवार से सुरक्षित दूरी सीमा लगभग 1.0डी=25 मिमी है। ठहराव शासन 10 मिमी (0.4D) से शुरू होता है। 5 मिमी के अंतर के साथ 90 डिग्री पर पानी में प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि दीवार के सामने की तरफ गर्मी हस्तांतरण गुणांक 800 W/m2K (फ्रीस्ट्रीम) से घटकर 250-350 W/m2K हो जाएगा। 5 डब्ल्यू/सेमी2 पर चलने वाले हीटर के लिए, यह कमी दीवार पर पीएफए सतह के तापमान को 105 डिग्री से 135-145 डिग्री तक बढ़ा देती है, यानी 30-40 डिग्री की वृद्धि। 145 डिग्री पर पीएफए के माध्यम से पानी और एसिड की प्रवेश दर 105 डिग्री पर दोगुनी है और बहुलक की तन्य शक्ति 15-20% कम हो जाती है। यह गर्म स्थान स्थानीयकृत होता है और दीवार के सामने की ओर समय से पहले छाले या दरार का कारण बनता है, खुला भाग सुरक्षित रहता है। 5,000 घंटे से अधिक का संचालन।
न्यूनतम दूरी की सामग्री और तापमान निर्भरता
The safe minimum distance is proportional to the expected heat flux and the thermal diffusivity of the fluid. The stagnation effect is more noticeable in high heat flux (>8 डब्लू/सेमी2) अनुप्रयोग क्योंकि अंतराल में तापमान वृद्धि अधिक है। जब ऐसी परिस्थितियां उत्पन्न होती हैं, तो न्यूनतम सुरक्षित अंतर को 1.5 डी तक बढ़ाया जाना चाहिए। कम ताप प्रवाह के लिए (<3 W/cm²), gaps as small as 0.3D may be allowed, as the temperature rise is still below safe limits. The fluid viscosity also affects the behaviour. Even in open tanks, high viscosity oils (>1,000 सीपी) में कमजोर प्राकृतिक संवहन होता है। छोटे अंतरालों में ठहराव का दंड कम गंभीर है क्योंकि फ्रीस्ट्रीम ताप अंतरण गुणांक पहले से ही कम है (100-200 W/m²·K)। तेलों के साथ समस्या स्थानीय रूप से ज़्यादा गर्म होने की नहीं है जितनी आम तौर पर गर्मी हस्तांतरण की कमी की है। सबसे गंभीर ठहराव दंड और सबसे बड़ी सुरक्षित दूरी की आवश्यकताएं पानी और तनु एसिड (कम चिपचिपापन, उच्च तापीय प्रसार) में होती हैं।
टैंक की दीवार की सामग्री महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सीमा की स्थिति को परिभाषित करती है। एक धातु टैंक की दीवार (उच्च तापीय चालकता) गर्मी को अंतराल से दूर स्थानांतरित कर सकती है, आंशिक रूप से ठहराव को कम कर सकती है। धातु की दीवार एक हीट सिंक है, जो प्लास्टिक या लेपित टैंक की तुलना में गैप में तरल पदार्थ को ठंडा रखती है। स्टेनलेस स्टील टैंकों के लिए, सुरक्षित न्यूनतम अंतर को पॉलीप्रोपाइलीन या एफआरपी टैंकों की तुलना में 20 से 30 प्रतिशत तक कम किया जा सकता है। हालाँकि, यदि पीएफए आवरण दीवार को छूता है, तो धातु टैंक के साथ जमीन में खराबी की संभावना है। 480 वी तक के वोल्टेज के लिए, थर्मल विचारों की परवाह किए बिना, न्यूनतम 12 मिमी की विद्युत निकासी होनी चाहिए।
एप्लिकेशन पैरामीटर्स द्वारा न्यूनतम सुरक्षित दूरी के लिए मार्गदर्शिका
हीटर व्यास (डी) लागू हीट फ्लक्स द्रव प्रकार (चिपचिपापन) टैंक दीवार सामग्री न्यूनतम अनुशंसित गैप गैप में 50% की कमी का प्रभाव
20-25 मिमी<3 W/cm2 Water, dilute acid (low viscosity)Plastic (PP, PVC, FRP) 0.5D (10–12 mm) Surface temp rise: 8–12°C; suitable for non-critical 20–25 mm 3–6 W/cm² Water, dilute acid Plastic 1.0D (20–25 mm)Surface temp rise: 20-30 C; blistering in 2,000 hr
20-25 mm 3-6 W/cm2 Water, dilute acid Metal (SS, titanium) 0.7D (14-18 mm) Metal wall sinks heat, temp rise 12-18°C 20-25 mm >8 डब्लू/सेमी2 कोई भी कम -चिपचिपापन द्रव कोई भी 1.5डी (38-40 मिमी) गैप<1.0D causes rapid degradation (<500 hours)
30-40 मिमी (बड़ा {{2%) व्यास वाला हीटर) 3-6 डब्लू/सेमी² पानी, तनु अम्ल प्लास्टिक 1.0डी (30-40 मिमी) बड़े डी को तदनुसार बड़े अंतराल की आवश्यकता होती है
Any diameter Any heat fluxHigh-viscosity oil (>1,000 सीपी) कोई भी 0.3डी (न्यूनतम 10 मिमी) ठहराव जुर्माना मामूली; तेल की चिपचिपाहट किसी भी तरह संवहन को प्रतिबंधित करती है
कोई भी व्यास, कोई भी उबलता हुआ तरल, कोई भी 1.5D मिनट के वाष्प के बुलबुले को गैप से बचने के लिए जगह की आवश्यकता होती है<1.0D produces vapour blanketing
छोटा टैंक (चौड़ा)<5D) Any Any Any Not applicable Center mounting required; wall clearance is insufficient; use numerous smaller heaters
स्थापना का व्यावहारिक सत्यापन
दो फ़ील्ड परीक्षणों से पता चलता है कि मौजूदा इंस्टॉलेशन में पर्याप्त जगह नहीं है जहां दूरी को सीधे नहीं मापा जा सकता है (कोष्ठक या फ्लैंज द्वारा छुपाए गए हीटर)। सबसे पहले, एक दृष्टि बंदरगाह के माध्यम से या टैंक जल निकासी के दौरान एक इन्फ्रारेड थर्मामीटर का उपयोग करके दीवार के सामने की तरफ पीएफए सतह के तापमान को मापें। ठहराव की पहचान तब हुई जब दीवार के सामने वाले हिस्से और खुले हुए टैंक के हिस्से के बीच तापमान का अंतर 15 डिग्री से अधिक था। दूसरा, किसी भी स्थान पर रंग बदलने (पीला{8%) या छाले के लिए डी{7}एनर्जाइज्ड हीटर के सामने वाली दीवार की जांच करें। ये लक्षण दीवार की तरफ बहुत पहले से दिखाई देते हैं, इससे पहले कि खुली तरफ खराब होने का कोई सबूत दिखाई दे। नए इंस्टॉलेशन के लिए स्पेसर या स्टैंडऑफ़ का उपयोग करें जो एक परिभाषित न्यूनतम दूरी बनाए रखते हैं। गतिरोध के लिए धातु अच्छा विकल्प नहीं है, क्योंकि यह ज़मीन पर दोष रेखाएँ बना सकता है। प्लास्टिक (पीवीडीएफ या पीटीएफई) स्टैंडऑफ़ सबसे अच्छा विकल्प हैं। हीटर के ठीक ऊपर और नीचे की स्थिति में गतिरोध - मध्य - अवधि में गतिरोध अपने स्वयं के ठहराव बिंदु उत्पन्न करते हैं। यदि टैंक का आकार आवश्यक न्यूनतम से कम हो जाता है, तो कम गर्मी संचरण को ऑफसेट करने के लिए हीटर के वाट घनत्व को 25-30% तक कम करें। कम वाट घनत्व और 0.3डी गैप वाला हीटर 1.0डी गैप वाले पारंपरिक हीटर के समान पीएफए सतह तापमान प्राप्त कर सकता है। या फिर एक बड़े हीटर की जगह दो छोटे हीटर लगाएं। उन्हें दीवारों से दूर और एक-दूसरे से दूर रखें।
निष्कर्ष एक व्यास एक अच्छा नियम है
The safe minimum distance between a PFA immersion heater and the tank wall for water-based and dilute acid applications, at moderate heat flux (3~6 W/cm2), is one heater diameter (1.0D). Such spacing prevents the stagnation regime increasing PFA surface temperature by 20-30°C and reducing heater life by 50-70%. In metal tanks the gap can be as much as 0.7 D since the conductive wall steals heat from the gap. In high viscosity fluids (>1000 सीपी), अंतर कम महत्वपूर्ण है क्योंकि निकासी की परवाह किए बिना प्राकृतिक संवहन कमजोर है लेकिन यांत्रिक मंजूरी के लिए 0.3डी अभी भी उचित न्यूनतम है। तरल पदार्थों को उबालने के लिए, अंतराल को 1.5D तक बढ़ाया जाना चाहिए ताकि वाष्प के बुलबुले दीवार से टकराए बिना बाहर निकल सकें। जी/डी <1.0 के अंतराल में अनुमानित तापमान वृद्धि की गणना करने के लिए कॉम्पैक्ट टैंक डिज़ाइन के निर्माण में शामिल इंजीनियरों द्वारा सहसंबंध न्यू गैप/एनयू फ्री=1-एक्सपी (-1.2 ग्राम/डी) का उपयोग किया जा सकता है। यदि गणना की गई सतह का तापमान निरंतर के लिए 150 डिग्री या रुक-रुक कर संचालन के लिए 170 डिग्री से अधिक है, तो या तो अंतर बढ़ाएं या वाट घनत्व कम करें। स्थापना के दौरान एक-व्यास नियम का पालन करने से 1,000-3,000 घंटों के बाद सामने की ओर की दीवार पर {{12}स्थानीयकृत झुलसन के कारण होने वाली अनुचित निकासी से होने वाली सबसे आम क्षेत्र विफलता को पूरी तरह से टाला जा सकता है।
