Comment calculer la longueur requise du réchauffeur PFA pour un réservoir avec un niveau de liquide minimum de 500 mm et un niveau maximum de 2 000 mm sans surchauffe de la zone de vapeur ?

Un réchauffeur PFA trop long exposera une quantité excessive à la zone de vapeur à de faibles niveaux de liquide dans un réservoir avec des niveaux de liquide variables (tels qu'un traitement par lots, des évaporateurs ou des réservoirs de trempe), entraînant une surchauffe et une défaillance précoce. Le niveau de liquide minimum-plutôt que le niveau maximum-détermine la longueur de chauffage nécessaire. Une conception sûre maintient la section exposée (zone de vapeur) du radiateur à 20 à 25 % ou moins de sa longueur totale. La longueur maximale du réchauffeur est de 500 / (1 – 0,25)=667 mm pour un niveau de liquide minimum de 500 mm. Cela garantit que la partie exposée fonctionne à une température de surface plus basse et qu'au moins 75 % du radiateur reste immergé au niveau le plus bas. Installez plusieurs radiateurs espacés ou utilisez un radiateur avec une densité de watts non uniforme (puissance de sortie inférieure dans la zone supérieure) si un radiateur plus long est nécessaire pour un chauffage constant au remplissage maximum.

Mécanisme de surchauffe de la zone de vapeur
Le coefficient de transmission thermique (h) dans la zone liquide est généralement compris entre 500 et 5 000 W/m²·K. H diminue jusqu'à 10–100 W/m²·K dans la zone de vapeur (air, vapeur ou vapeur acide). La température de surface dans la zone de vapeur d'un appareil de chauffage avec une densité de watt uniforme q (W/cm²) est T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 degrés est impossible pour q=3 W/cm² (30 000 W/m²) et h_vapor=30 W/m²·K. La température de la gaine PFA peut toujours dépasser 250 à 350 degrés, ce qui pourrait entraîner une fusion ou des dommages graves, même si l'élément chauffant s'autorégule réellement à mesure que la résistance augmente avec la température. Étant donné que le flux thermique de la zone de vapeur sûre est inférieur ou égal à 1,0 W/cm², q_vapor doit être inférieur ou égal à 10 000 W/m². q_vapor=q_liquid pour un chauffage uniforme. Afin de garantir que la zone de dissipation thermique efficace dans la zone de vapeur est suffisamment grande pour réduire le flux réel, la seule méthode pour maintenir la zone de vapeur sûre est de limiter la fraction de chauffage exposée. Cependant, la partie exposée produit toujours la même quantité d’électricité par unité de longueur à condition que le radiateur ait une densité de watts uniforme. L'augmentation de la température dépend de la h_vapor fixe. Au lieu de cela, un radiateur plus long avec la même puissance totale peut être utilisé pour réduire la densité en watts (q) dans l’ensemble du radiateur. q=P / (π × D × L) pour une puissance totale P et une longueur L définies. Q diminue proportionnellement à mesure que L augmente.

Méthode de détermination de la longueur minimale du radiateur :

L_min est le niveau de liquide le plus bas en millimètres.

L_heater est la longueur totale du radiateur (mm).

f_exposed=L_exposed / L_heater=pourcentage exposé=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design est la densité de watts (W/cm²) déterminée par la surface et la puissance totale.

Le flux thermique de la zone de vapeur doit être inférieur ou égal à q_max_vapor=1.0 W/cm² pour un fonctionnement sûr de la zone de vapeur. D'un autre côté, la zone de vapeur subit le même q si le radiateur a un q uniforme. En conséquence, le radiateur doit être construit avec une infime fraction exposée ou un faible q total afin que même la partie exposée soit sûre. La stratégie la plus judicieuse consiste à réduire f_exposed à inférieur ou égal à 0,25 et à concevoir avec un q global faible (inférieur ou égal à 1,5 W/cm²).

En règle générale, L_heater < L_min / (1 – f_max), où f_max est la fraction exposée maximale autorisée (généralement entre 0,20 et 0,25). L_heater Inférieur ou égal à 500 / 0.75=667 mm pour L_min=500 mm.

Longueur du radiateur nécessaire pour différentes situations de niveau
Niveau minimum de liquide (mm)Niveau maximum de liquide (mm)Longueur de chauffage suggérée (mm) Niveau minimum Fraction exposée (%)Q total (W/cm²) à 6 kW, 25 mm OD Sécurité de la zone de vapeur 500 2,000 650 23 % 4,7 (trop élevé)Dangereux sauf si q réduit 500 2,000 1,200 58% 2,5 Dangereux (exposé trop haut) 500 2,000 650 (avec 3 kW uniquement) 23 % 2,35 Acceptable (q faible) 800 2,000 1,000 20 % 3,0 Marginal (q à la limite) 800 2,000 1,200 (avec puissance réduite) 33 % 2,0 (rédéré) Acceptable 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Bon
Plusieurs radiateurs décalés sont la solution si la longueur de radiateur nécessaire pour une couverture complète au niveau maximum est nettement plus longue que la longueur de sécurité au niveau minimum. Par exemple, placez un radiateur moyen (1 200 mm) plus haut, un radiateur long (2 000 mm) en haut et un radiateur court (650 mm) en bas. Lorsque le niveau est bas, seul le chauffage inférieur fonctionne ; quand il est plein, ils fonctionnent tous.

Exemple sur le terrain
The minimum liquid level in a waste evaporator was 600 mm, while the highest was 2,500 mm. There was only one 2,000 mm PFA heater installed. 1,400 mm (70%) was exposed to vapor at the lowest level. Within three months, the heater broke down. The plant replaced it with three heaters: 600 mm (1.5 kW), 1,200 mm (2 kW), and 2,000 mm (2.5 kW), each with level sensors. The 600 mm heater only turned on when level >650 mm. The 2,000 mm heater only turned on when level >1 800 millimètres. Aucun radiateur n’a jamais été exposé à plus de 20 %. Les trois appareils de chauffage ont duré 5+ ans.

Densité de watts non-uniforme comme alternative
Si plusieurs radiateurs ne sont pas réalisables, spécifiez un seul radiateur avec une densité de watts non-uniforme : les 30 % supérieurs de la longueur du radiateur ne fournissent que 20 % de la puissance par unité de longueur, tandis que les 70 % inférieurs en produisent 80 %. Ceci peut être effectué en modifiant le pas du fil de résistance (voir article n° 25). La zone supérieure exposée présente un flux de chaleur réduit à un niveau minimal, ce qui abaisse la température de surface. Bien que cette conception augmente les coûts de production de 20 à 30 %, elle permet à un seul appareil de chauffage de gérer différents réglages.

En conclusion, longueur de base du radiateur avec un niveau de liquide minimum de 20 à 25 %. Tolérance d'exposition
Pour éviter la surchauffe de la zone de vapeur, la longueur d'un réchauffeur PFA pour un réservoir avec un niveau de liquide variable doit être déterminée à partir du niveau de liquide minimum et non du niveau maximum. Une conception sûre maintient le pourcentage d’exposition égal ou inférieur à 20-25 % au niveau minimal. La longueur maximale du radiateur est de 650 à 670 mm à un niveau minimum de 500 mm. Utilisez un élément chauffant à densité de watts non-uniforme ou plusieurs éléments chauffants décalés si un élément chauffant plus long est requis pour l'uniformité du processus. En quelques mois, un seul appareil de chauffage long avec une fraction exposée élevée tombera en panne. La tolérance d'exposition du radiateur ne change pas comme le niveau. Ajoutez de la redondance ou dimensionnez-la pour le pire des cas-. Le niveau le plus bas, et non le plus élevé, détermine la durée de vie de votre radiateur.