Как подобрать ПТФЭ-нагреватель для резервуара с чрезвычайно высокими потерями на испарение?

Значительное количество энергии теряется из-за горячего технологического резервуара, который мягко дымит на холодном рабочем месте. Эта энергия теряется не только через стенки резервуара, но и непосредственно в окружающий воздух в виде водяного пара. Энергия, необходимая для превращения жидкости в пар, часто перевешивает все другие тепловые потери при выборе ПТФЭ-нагревателя для такой системы. Испарение становится основным теплоотводом во многих высокотемпературных химических резервуарах, и его необходимо учитывать при выборе нагревателя.

Для резервуара, в котором идет пар, необходим нагреватель размером со скрытую энергию в этих облаках. Несмотря на кажущуюся достаточную установленную мощность, игнорирование потерь на испарение часто приводит к тому, что система никогда не достигает рабочей температуры.

Почему потеря тепла в горячих резервуарах происходит в основном за счет испарения
Температуры выше 50–60 градусов часто встречаются в промышленных резервуарах, используемых для химической обработки, нанесения гальванического покрытия, травления, очистки и обработки поверхности. При таких температурах испарение ускоряется.

Испарение — гораздо более агрессивный метод отвода энергии, чем кондуктивная потеря тепла через изолированные стены. Скрытая теплота испарения — это значительное количество тепловой энергии, которая теряется с каждым килограммом жидкости, превращающейся в пар.

Скрытая энергетическая стоимость образования пара
Скрытая теплота испарения растворов на водной-основе примерно равна:

2260 кДж/кг2260\\ \\mathrm{кДж/кг}2260 кДж/кг

Энергия, необходимая для превращения жидкой воды в пар без дальнейшего повышения температуры, показана на этом рисунке.

Значительная постоянная потребность в тепле возникает даже из-за, казалось бы, низких скоростей испарения.

Например:

Около 0,6 кВт тепла непрерывно отводится за счет испарения одного литра воды каждый час.

Сильный поток воздуха и высокие температуры могут привести к испарению более крупных промышленных резервуаров на несколько литров в час.

Постоянные потери тепла в несколько киловатт могут быть представлены шлейфами тяжелого пара.

Энергетический баланс физически выносится из технологического резервуара испаряющимся паром.

Понимание высоких потерь на испарение при выборе размеров нагревателя из ПТФЭ
Идея определения размеров нагревателя из ПТФЭ с высокими потерями на испарение состоит в том, чтобы точно определить реальную тепловую нагрузку резервуара при обслуживании.

Нагрузка на техническое обслуживание и нагрев-Нагрузка при повышении температуры
Выбор нагревателя резервуара часто требует двух разных расчетов:

Начальная мощность для нагрева

Мощность для текущего обслуживания

Затраты на техническое обслуживание становятся самой сложной проблемой во многих установках с горячими открытыми-резервуарами.

Во время запуска система может успешно нагревать резервуар, но, поскольку испарение стабилизируется во время производства, она может оказаться не в состоянии поддерживать температуру.

Эта проблема очень серьезна в:

Открытые резервуары с кислотой

Системы с подогревом ополаскивания

Ванны для маринования

Баки для травления

Линии очистки

Агрессивные резервуары для удаления дыма

Почему так много тепла теряется в открытых резервуарах
Поскольку более теплые молекулы жидкости с большей вероятностью покидают поверхность, испарение резко возрастает с повышением температуры.

Площадь поверхности важна
Площадь открытой поверхности жидкости напрямую коррелирует с потерями на испарение.

Поскольку большая часть поверхности жидкости подвергается воздействию движения воздуха, широкие мелкие резервуары часто теряют больше энергии, чем узкие глубокие резервуары, работающие при той же температуре.

Испарение ускоряется потоком воздуха
Несмотря на то, что системы удаления дыма имеют решающее значение для безопасности и соблюдения законодательства, они могут значительно увеличить испарение.

Образование пара ускоряется за счет постоянного прохождения воздуха через поверхность резервуара, который удаляет влажный воздух и заменяет его более сухим воздухом.

Среди существенных влияющих факторов можно выделить:

Скорость воздуха

Относительная влажность

Температура жидкости

Геометрия танка

Турбулентность на поверхности

Конфигурация вытяжного зонта

Вместо использования прямых теоретических расчетов оценки испарения часто получают из эмпирических таблиц, таблиц технологических данных или прошлого опыта эксплуатации предприятия.

Почему для закрытых резервуаров требуется гораздо меньшая мощность нагревателя
Уменьшение площади открытой поверхности жидкости — один из самых простых способов снизить потребность в нагревателе.

Крышки резервуаров и плавающие крышки
Потери на испарение можно значительно снизить, используя изолированную или плавающую крышку.

Преимущества состоят из:

Снижение потребности в мощности нагревателя

Снижение использования химикатов

Повышенная стабильность температуры

пониженная влажность в офисе

Снизить потребность в вентиляции

Снижение операционных расходов

Закрытому резервуару часто требуется только половина или одна треть теплопроизводительности, необходимой открытой системе, работающей при той же температуре.

Наихудший-размер случая имеет решающее значение
При выборе нагревателя всегда следует учитывать наихудший случай-открытого-бака, когда невозможно обеспечить закрытие во время работы.

Если операторы оставят резервуар открытым во время производства, нагреватель, предназначенный только для частично закрытой работы, может постоянно работать со сбоями.

Одним из распространенных признаков недооценки потерь на испарение является постоянная неспособность достичь заданной температуры.

Конструктивные ограничения для нагревателей из ПТФЭ
Чтобы повысить выходную мощность компактного обогревателя, проектировщики часто испытывают искушение резко увеличить удельную мощность из-за высоких потерь на испарение.

Этот метод вызывает серьезные проблемы с надежностью погружных нагревателей из ПТФЭ.

Плотность ватт должна оставаться в пределах ПТФЭ
Поверхности нагревателей из ПТФЭ должны работать в безопасных температурных диапазонах, чтобы предотвратить:

Перегрев оболочки

Деградация полимеров

более короткий срок службы

Перегрев в определенной области

Ранний провал

Необходимая площадь поверхности обогревателя должна увеличиваться пропорционально общей мощности обогревателя.

Обычно это означает:

Увеличенная геометрия нагревателя

Длительные периоды погружения

Несколько блоков обогревателей

Элементы параллельного нагревателя

в отличие от одного небольшого подразделения с высокой-плотностью.

Несколько факторов повышают надежность
Несколько нагревательных элементов из ПТФЭ более низкой-плотности часто более эффективны в больших открытых резервуарах со значительными потерями на испарение.

Преимущества состоят из:

Улучшенное распределение тепла

Уменьшенная поверхностная нагрузка

Повышенное резервирование

Более простое обслуживание

Уменьшение локального кипения.

Стабильная циркуляция жидкости вокруг поверхностей нагревателя является еще одним преимуществом такого расположения.

Визуальные индикаторы часто показывают недостаточный размер нагревателя
Наблюдение за резервуаром является одним из наиболее практичных способов определения размеров нагревателя из ПТФЭ для применений с высокими потерями на испарение.

На тяжелые потери энергии указывает тяжелый пар
Непрерывный отвод энергии непосредственно демонстрируется видимыми облаками пара.

Ниже приведены показатели того, что испарение контролирует тепловую нагрузку:

Паровой шлейф, который всегда виден

Медленное возвращение температуры

Обогреватель работает постоянно.

Невозможно сохранить заданное значение

Высокое потребление электроэнергии

Нестабильная температура при изменении вентиляции

Для резервуара с сильным паром почти всегда требуется большая мощность обслуживания, чем предполагалось первоначально, исходя только из потерь на стенках или объема жидкости.

Экономика процесса контроля испарения
Установка более крупных обогревателей не всегда так-эффективна с точки зрения затрат, как сокращение испарения.

Экономия на химикатах и ​​энергии
Снижение скорости испарения приводит к:

Спрос на электрическое отопление

Требования к замене воды

Откажитесь-от химикатов

Потеря кислоты

Использование энергии для вентиляции

Контроль испарения часто становится методом управления энергопотреблением и улучшения качества процессов в химических системах с подогревом.

В заключение
Для открытых-технологических резервуаров, работающих при высоких температурах, необходимы процедуры определения размеров нагревателя, в которых потери от испарения отдаются предпочтение выше простых расчетов объема жидкости. Скрытое тепло, уносимое паром, может быстро превысить всю потребность в тепле для поддержания температуры выше 60 градусов.

Игнорирование этого скрытого радиатора часто приводит к непрерывной работе нагревателя без достижения заданного значения, колебаниям температуры процесса и хроническому недогреву. Поэтому при выборе ПТФЭ-нагревателя для применений с высокими потерями на испарение необходимо тщательно учитывать площадь поверхности резервуара, условия воздушного потока, рабочую температуру и наихудший-воздействие открытого-бака.

Увеличение общей теплопроизводительности обычно требует увеличения площади поверхности нагревателя или дополнительных нагревательных элементов, а не увеличения поверхностной нагрузки, поскольку плотность нагревателей из ПТФЭ должна оставаться ниже безопасных пределов плотности ватт.

Наиболее очевидный поток отходов во многих промышленных системах-поднимающийся шлейф пара над резервуаром- наиболее точно указывает на точное назначение тепловой энергии.\\