कौन सा माउंटिंग ओरिएंटेशन - लंबवत, क्षैतिज, या कोणीय - पीएफए ​​-लेपित हीटर पर स्थानीयकृत ओवरहीटिंग को कम करता है?

पीएफए ​​लेपित हीटर पर स्थानीयकृत ओवरहीटिंग को कम करने के लिए माउंटिंग ओरिएंटेशन - लंबवत, क्षैतिज या कोणीय?
स्थानीयकृत ओवरहीटिंग पीएफए ​​लेपित विसर्जन हीटरों की सबसे आम विफलता मोड में से एक है। फिर भी कई इंजीनियर इन हीटरों को बिना किसी व्यवस्थित विश्लेषण के स्थापित करते हैं कि माउंटिंग ओरिएंटेशन म्यान के साथ तापमान वितरण को कैसे प्रभावित करता है। पीएफए ​​कोटिंग, आमतौर पर 0.8 और 2.5 मिमी के बीच मोटी होती है, जो धातु कोर से गर्मी को खत्म करने के लिए आसपास के तरल पदार्थ का उपयोग करती है। जहां द्रव प्रवाह पैटर्न हीटर में स्थानीयकृत स्थिर क्षेत्र या आंशिक वाष्प आवरण बनाते हैं, स्थानीय सतह का तापमान आसपास के क्षेत्र की तुलना में 30 से 60 डिग्री अधिक हो सकता है। ये गर्म क्षेत्र पॉलिमर के टूटने और फफोले बनने को बढ़ावा देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंततः समय से पहले कोटिंग विफल हो जाती है। ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज और कोणीय माउंटिंग प्रत्येक अलग-अलग प्राकृतिक संवहन व्यवस्था, अलग-अलग बुलबुला रिलीज पैटर्न (उबलते तरल पदार्थ में) और अलग-अलग थर्मल स्तरीकरण प्रभाव प्रदान करते हैं। उचित अभिविन्यास हीटर ज्यामिति और प्रक्रिया द्रव की विशेषताओं को टैंक या पोत स्थापना के प्रतिबंधों से मेल करके निर्धारित किया जाता है।

ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास: एक ऊंचे स्तंभ में प्राकृतिक संवहन
एक पीएफए ​​हीटर को प्राकृतिक संवहन धाराओं का उपयोग करके टैंक के नीचे से न्यूनतम तरल स्तर से ऊपर तक लंबवत रूप से लगाया जाता है जो म्यान की सतह के साथ बढ़ रहे हैं। गर्म दीवार के पास का तरल पदार्थ अधिक गर्म हो जाता है और उसका घनत्व कम हो जाता है। यह एक उत्प्लावन सीमा परत बनाता है जो हीटर के निचले से ऊपरी सिरे तक लगातार ऊपर उठती रहती है। यह उर्ध्व प्रवाह ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ एक यथोचित सुसंगत सतह तापमान प्रोफ़ाइल प्रदान करता है, क्योंकि यह संपूर्ण जलमग्न लंबाई के साथ ताजा, ठंडा तरल पदार्थ की आपूर्ति करता है। 90 डिग्री पर पानी में 60-सेमी ऊर्ध्वाधर पीएफए ​​हीटर पर प्रायोगिक परीक्षणों से पता चलता है कि जब हीटर पूरी तरह से पानी से ढका होता है, तो सतह का तापमान नीचे से ऊपर तक केवल 4-7 डिग्री तक भिन्न होता है। बड़े ताप प्रवाह पर समरूपता बेहतर होती है क्योंकि अधिक उछाल के परिणामस्वरूप सीमा परत में उच्च वेग होता है। माउंटिंग के सभी झुकावों में से, ऊर्ध्वाधर स्थिति गैर-उबलते तरल पदार्थों के स्थानीयकृत वार्मिंग के लिए सबसे अच्छा प्रतिरोध प्रदान करती है।

दो स्थानों पर ऊर्ध्वाधर माउंटिंग के साथ चुनौतियाँ हो सकती हैं, गर्म लंबाई के शीर्ष पर और निचले समर्थन क्षेत्र में भी। गर्म तरल पदार्थ प्राकृतिक संवहन धाराओं के कारण तरल सतह पर एकत्रित हो जाता है, इसलिए ऊर्ध्वाधर हीटर का शीर्ष तरल के उच्चतम तापमान पर होता है। यदि हीटर निम्न स्तर की परिस्थितियों में तरल स्तर से ऊपर फैलता है, तो खुला सूखा हिस्सा बहुत जल्दी गर्म हो जाता है। अच्छे स्तर के प्रबंधन के बावजूद, डूबे हुए क्षेत्र का उच्चतम 2-3 सेमी औसत से 5-10 डिग्री अधिक गर्म है। ऊर्ध्वाधर व्यवस्था उबलते तरल पदार्थों में वाष्प से बचने के लिए एक कुशल नाली प्रदान करती है; बुलबुले पूरी सतह पर बनते हैं और सीधे ऊपर की ओर बढ़ते हैं, जिससे तरल पदार्थ आवरण को अवरुद्ध होने से रोकता है। इस बुलबुले के व्यवहार से वाष्प के जमने की संभावना कम हो जाती है, जहां हीटर भाप की एक सतत परत द्वारा अछूता रहता है। हालाँकि, ऊर्ध्वाधर हीटर ऊंचाई पर उबलने के दौरान गर्म पैच बना सकते हैं जहां बुलबुला सहसंयोजन अक्सर होता है, निचले इनपुट बिंदु से लगभग 15-25 सेमी ऊपर।

क्षैतिज स्थापना: ऊपरी सतह का स्टैकिंग और ओवरहीटिंग
पीएफए ​​हीटर को क्षैतिज रूप से सेट करना एक पूरी तरह से अलग थर्मल समस्या है। क्षैतिज सिलेंडर से उठने वाली प्राकृतिक संवहन धाराएं ऊपरी सतह से अलग हो जाती हैं, जिससे गर्म तरल पदार्थ का एक ढेर बन जाता है जो ऊपर उठता है और हीटर से दूर बह जाता है। इस प्रकार, निचली सतह और किनारे लगातार नीचे से ठंडे तरल पदार्थ के प्रवेश के संपर्क में आ रहे हैं। क्रिटिकल ज़ोन क्षैतिज आवरण का ऊपरी चतुर्थांश है जहां ऊपर उठने वाला गर्म तरल सीधे ठंडे तरल के साथ संपर्क को प्रतिस्थापित नहीं करता है। यह विषमता एक परिधीय तापमान प्रवणता की ओर ले जाती है; पानी में 5 W/cm2 पर 25 मिमी व्यास वाले क्षैतिज हीटर के साथ, ऊपरी सतह आमतौर पर निचली सतह की तुलना में 12{10}}18C अधिक गर्म होती है। उच्च-चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ (500 सीपी से अधिक) के साथ यह अंतर 30 डिग्री से अधिक हो सकता है, क्योंकि ऊपर उठता हुआ प्लम संकरा हो जाता है और अधिक अलग हो जाता है। स्थानीय ओवरहीटिंग हीटर के शीर्ष पर एक प्रतिबंधित क्षेत्र तक सीमित है और सतह पर फैली हुई नहीं है। यह स्थानीयकृत हॉट बैंड एक छोटे से स्थान पर पीएफए ​​के टूटने को बढ़ावा देता है जिसके परिणामस्वरूप पूरे आवरण की एक समान उम्र बढ़ने के बजाय स्थानीयकृत छाला या दरार हो जाती है।

उबलते तरल पदार्थों के साथ आगे के खतरे क्षैतिज माउंटिंग द्वारा प्रस्तुत किए जाते हैं। वाष्प के बुलबुले निचली सतह पर बनते हैं और ऊपरी सतह पर टकराने के लिए ऊपर की ओर बढ़ते हैं, जहां वे एक सतत वाष्प फिल्म बनाने के लिए विलय कर सकते हैं। शीर्ष चतुर्थांश पर एक स्थायी वाष्प कम्बल बनता है। गर्मी हस्तांतरण गुणांक नाटकीय रूप से कम हो जाता है और स्थानीय सतह का तापमान तेजी से बढ़ जाता है। यह घटना, जिसे आंशिक फिल्म उबलने के रूप में जाना जाता है, सेकंड में निचली सतह के सापेक्ष ऊपरी सतह का तापमान 40-60 डिग्री तक बढ़ा सकती है। प्रभावित क्षेत्र में पीएफए ​​कोटिंग जल्दी ही अपने अधिकतम निरंतर सेवा तापमान तक पहुंच जाती है और अक्सर वर्षों में नहीं बल्कि कुछ ही घंटों में फफोले और नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, उबालने की सेवा में पीएफए ​​-लेपित हीटरों के लिए आमतौर पर क्षैतिज अभिविन्यास से बचा जाता है जब तक कि गर्मी का प्रवाह 3 डब्लू/सेमी2 से नीचे न रहे और सक्रिय आंदोलन लगातार ऊपरी सतह से वाष्प के बुलबुले को हटा दे।

एंगल्ड माउंटिंग: इंस्टॉलेशन लचीलेपन के लिए एक समझौता
पीएफए ​​हीटर को ऊर्ध्वाधर से 15 डिग्री से 45 डिग्री के कोण पर लगाया जा सकता है, जिसमें ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज अभिविन्यास दोनों की विशेषताएं हैं, लेकिन इसके अपने प्रवाह पैटर्न भी हैं। एक कोण पर स्थापित करके, हीटर पतले जहाजों के आकार के अनुकूल हो सकता है या टैंक बाफ़ल और आंदोलनकारियों के साथ हस्तक्षेप करने से बच सकता है। प्राकृतिक संवहन प्रवाह अभी भी मुख्य रूप से म्यान के साथ ऊपर की ओर है, लेकिन कोण का क्षैतिज घटक बढ़ते तरल पदार्थ को कोणीय ट्यूब के ऊपरी तरफ बहाव का कारण बनता है। निचला भाग सबसे ठंडे तरल पदार्थ से प्रभावित होता है, और ऊपरी भाग ऊपर उठते ताजे तरल पदार्थ और पुनः प्रसारित होने वाले गर्म तरल पदार्थ के मिश्रण से प्रभावित होता है। 30 डिग्री हीटर के लिए तापमान की माप क्रॉस सेक्शन के निम्नतम और उच्चतम बिंदुओं के बीच 8-12 डिग्री की परिधि सीमा दर्शाती है, जो ऊर्ध्वाधर (4-7 डिग्री भिन्नता) और क्षैतिज (12-18 डिग्री भिन्नता) उदाहरणों के बीच आधी है। ऊर्ध्वाधर माउंटिंग के समान, अक्षीय तापमान प्रोफ़ाइल शीर्ष छोर पर थोड़ा गर्म है, लेकिन ऊर्ध्वाधर से प्रत्येक 10 डिग्री पर अतिरिक्त 2-4 डिग्री की वृद्धि होती है।

कोणीय प्लेसमेंट का मुख्य लाभ उथले टैंकों में है जहां ऊर्ध्वाधर हीटरों को व्यापक प्रवेश की आवश्यकता होगी। एक 45 डिग्री के कोण वाले हीटर को एक ऊर्ध्वाधर इकाई के लिए आवश्यक केवल 70% ऊर्ध्वाधर निकासी के साथ एक टैंक में रखा जा सकता है, फिर भी यह एक क्षैतिज उपकरण की तुलना में बेहतर प्रवाह विशेषताएँ प्रदान करता है। कोणीय माउंटिंग उबलते तरल पदार्थ में क्षैतिज अभिविन्यास के साथ होने वाली वाष्प कंबलिंग से बचाती है; वाष्प के बुलबुले ऊंची सतह पर प्रभाव डालने के बजाय आवरण में ऊपर की ओर उड़ते हैं। बुलबुले के आसंजन से बचने के लिए कोण पर्याप्त रूप से बड़ा होना चाहिए: प्रयोगों से पता चलता है कि क्षैतिज से 20 डिग्री से अधिक कोण (यानी ऊर्ध्वाधर से 7 डिग्री) लगातार बुलबुला बहा देता है, जबकि 20 डिग्री से नीचे के कोण स्थिरता का कारण बनते हैं जैसा कि क्षैतिज माउंटिंग के साथ देखा गया है। प्रवाह और उबलने दोनों के लिए सबसे खराब स्थिति पूरी तरह से क्षैतिज हीटर (क्षैतिज से 0 डिग्री) है, लेकिन अंतरिक्ष की कमी के कारण ऊर्ध्वाधर स्थापना संभव नहीं होने पर क्षैतिज से 30 डिग्री से 60 डिग्री की सीमा में संतोषजनक परिणाम प्राप्त होते हैं।

द्रव व्यवहार और टैंक ज्यामिति अभिविन्यास चयन गाइड 2
नीचे दी गई तालिका द्रव के प्रचलित चरण (केवल तरल, उबलने या दो चरण), प्रत्याशित प्राकृतिक संवहन व्यवस्था और स्थापना द्वारा लगाई गई भौतिक सीमाओं के आधार पर माउंटिंग ओरिएंटेशन का सुझाव देती है। सभी सिफ़ारिशें शुष्क जोखिम से बचने के लिए एक साफ हीटिंग सतह और तरल स्तर के पर्याप्त नियंत्रण पर विचार करती हैं।

स्थापना पर्यावरण और प्रमुख द्रव व्यवहार अनुशंसित माउंटिंग ओरिएंटेशन अपेक्षित अधिकतम सतह तापमान गैर -एकरूपतासंबोधन के लिए महत्वपूर्ण जोखिम
Deep tank (>1 मीटर), अच्छा प्राकृतिक संवहन, गैर-उबलता तरल, सीधा (ऊर्ध्वाधर से 0 डिग्री) 4-7 डिग्री (केवल अक्षीय) तरल सतह के पास हीटर का शीर्ष, न्यूनतम विसर्जन गहराई रखें
Deep tank (>1 मीटर) उबलता हुआ तरल मध्यम ताप प्रवाह (3-6 डब्लू/सेमी2) ऊर्ध्वाधर (ऊर्ध्वाधर से 0-10 डिग्री) 5-10 डिग्री अक्षीय; न्यूनतम परिधीय बुलबुला सहवर्ती क्षेत्र; हीटर के ऊपर पर्याप्त तरल पदार्थ उपलब्ध कराएं (न्यूनतम 30 सेमी)
उथला टैंक (<40 cm depth), non-boiling liquid, low viscosity Angled (30–60° to vertical) 8–12°C circumferential; 6–10 °C axialWarmer on upper side of angled tube Limit heat flux to 4 W/cm2 or less
उथला टैंक, उबलता तरल, कम से मध्यम ताप प्रवाह (<40 cm depth) Angled (45-60° from vertical)10–15°C circumferential Vapor slide-path length; check angle ≥20° from horizontal to prevent blanketing
यांत्रिक हलचल वाला कोई भी टैंक (प्ररित करनेवाला, या पुन: -परिसंचरण) कोई भी - ऊर्ध्वाधर या कोणीय - प्रवाह प्रभावशाली 3-6 डिग्री कुल गैर {{3}एकरूपता उत्तेजना प्राकृतिक संवहन पर हावी है; अभिविन्यास कम महत्वपूर्ण है लेकिन क्षैतिज से बचें
Fluid viscosity >1,000 सीपी किसी भी टैंक की गहराई गैर-उबलते हुए लंबवत, लंबी लंबाई के साथ 15-25 डिग्री अक्षीय चिपचिपा सीमा परत शीर्ष पर मोटी हो जाती है; एक लंबी इकाई के बजाय कई छोटे ऊर्ध्वाधर हीटरों का उपयोग करें
Quiescent tank, boiling liquid, heat flux >6 डब्लू/सेमी2 केवल ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज की अनुमति नहीं 8-12 डिग्री अक्षीय, क्षणिक स्पाइक्स संभव गैर-{4}} ऊर्ध्वाधर हीटरों के उच्च चतुर्थांश पर फिल्म उबलने का जोखिम, तरल स्तर इंटरलॉक का निर्माण करें
आंतरिक अवरोधों (कॉइल्स, बैफल्स, एजिटेटर शाफ्ट) के साथ टैंक, वेक क्षेत्रों को खत्म करने के लिए कोण (ऊर्ध्वाधर से 20-40 डिग्री) 10-15 डिग्री की बाधाएं प्राकृतिक संवहन को बाधित करती हैं; किसी भी ठोस सतह से कम से कम 3× हीटर व्यास की निकासी सुनिश्चित करें
विशिष्ट स्थापना स्थितियों के लिए व्यावहारिक सुझाव
निर्दिष्ट स्थानों पर आवर्ती कोटिंग विफलताओं के साथ मौजूदा सिस्टम में विफलता पैटर्न का विश्लेषण करें। ओरिएंटेशन के कारण ज़्यादा गरम होना हमेशा क्षैतिज हीटर की ऊपरी सतह पर फ्रैक्चर या छाले का कारण होता है। यदि आप ऊर्ध्वाधर या तीव्र झुकाव वाले माउंट में परिवर्तित होते हैं, तो आप आमतौर पर कोटिंग जीवन को दोगुना या तिगुना कर सकते हैं। यदि टैंक ऊर्ध्वाधर हीटर के लिए पर्याप्त लंबा नहीं है, तो एक एकल क्षैतिज हीटर के बजाय दो छोटे कोण वाले हीटर का उपयोग करें। बिजली को कई तत्वों में विभाजित किया गया है और प्रति हीटर गर्मी का प्रवाह कम हो गया है और झुका हुआ अभिविन्यास अभी भी पर्याप्त संवहन की अनुमति देता है। शंकु तली या डिश्ड हेड वाले जार के लिए, हीटर को बर्तन की दीवार के समानांतर (ऊर्ध्वाधर नहीं) रखें और 5 - 10 सेमी का लगातार निकासी अंतर बनाए रखें। कोणीय समानांतर माउंटिंग हीटर को बर्तन के आकार द्वारा निर्मित प्राकृतिक संवहन सेल में रखता है। यदि प्लेटिंग टैंक में बस बार और एनोड बास्केट शामिल हैं जो ऊर्ध्वाधर पहुंच को अवरुद्ध करते हैं, तो बास्केट के बीच एक कोण वाला हीटर आम तौर पर बिना किसी संशोधन के फिट होगा। तरल के न्यूनतम कामकाजी स्तर पर जांच करें कि पूरी गर्म लंबाई कवर हो गई है। स्थानीयकृत ओवरहीटिंग के लिए, सबसे खराब स्थिति पूरी तरह से जलमग्न हीटर की नहीं है, बल्कि वह है जिसका शीर्ष 10-20% कभी-कभी वाष्प के संपर्क में आता है। क्षैतिज हीटर की ऊपरी सतह का भाप के संपर्क में आने से भी अपरिवर्तनीय हॉट-स्पॉट क्षति हो सकती है।

निष्कर्ष: ऊर्ध्वाधरीकरण को प्राथमिकता दें और फिर परिधिगत ग्रेडिएंट्स को संबोधित करें
माउंट की दिशा पीएफए ​​से लेपित हीटर के साथ और उसके आसपास तापमान की एकरूपता का प्रत्यक्ष कारक है। ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास हमेशा स्थानीयकृत ओवरहीटिंग को कम करता है क्योंकि पूरे आवरण के साथ एक समान ऊपर की ओर प्राकृतिक संवहन प्रवाह स्थापित होता है। यदि टैंक की ज्यामिति या क्लीयरेंस आवश्यकताएं ऊर्ध्वाधर माउंटिंग को रोकती हैं, तो ऊर्ध्वाधर से 30 डिग्री और 60 डिग्री के बीच की कोणीय स्थापना 8 - 15 डिग्री के परिधिगत तापमान भिन्नता के साथ एक स्वीकार्य विकल्प प्रदान करती है, जो 12 - 18 डिग्री की गैर {{15} एकरूपता और वास्तविक क्षैतिज माउंट के वाष्प कंबलिंग के खतरे पर एक उल्लेखनीय सुधार है। क्षैतिज अभिविन्यास को मजबूर परिसंचरण या बहुत कम गर्मी प्रवाह (3 डब्ल्यू / सेमी 2 से कम) तक सीमित किया जाना चाहिए जहां उछाल के बजाय थोक प्रवाह प्रमुख गर्मी हटाने वाला तंत्र है। आवश्यक जलमग्न लंबाई ऊर्ध्वाधर संरेखण पर आधारित होनी चाहिए, और केवल तभी विचलित होनी चाहिए जब भौतिक स्थान को कोणीय रूप से स्थापना की आवश्यकता हो। ऊर्ध्वाधर के अलावा किसी भी दिशा के लिए, आंतरिक परिधि तापमान ढाल की अनुमति देने के लिए अनुशंसित वाट घनत्व को 15-20% तक कम करें। हीटर विनिर्देश में माउंटिंग ओरिएंटेशन को निर्दिष्ट करके और कमीशनिंग के दौरान इंस्टॉलेशन अनुपालन की पुष्टि करके, फ़ील्ड परिवर्तन जो गलती से एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए ऊर्ध्वाधर इंस्टॉलेशन को विफलता-प्रवण क्षैतिज कॉन्फ़िगरेशन में परिवर्तित कर देते हैं, से बचा जाता है।