Varmeoverførselsvæsker og nedsænkning: Et andet sæt regler

Når du bruger en patronvarmer til at opvarme væsker i stedet for faste metalblokke eller forme, ændrer hele det termiske landskab sig meget. Når den bruges til dyppeopvarmning, såsom vand, hydrauliske olier, termiske overførselsvæsker, kemiske bade eller væsker af-fødevarekvalitet, skal en 440V patronvarmer håndtere et helt nyt sæt problemer, end når den bruges til tørre, ledende applikationer. Den vigtigste faktor er ikke længere tilpasningstolerancen eller formledningsevnen; det er væskens evne til at transportere varme væk fra kappens overflade gennem konvektion, ledning og nogle gange kogning.

I et solidt metalmiljø er varmeoverførsel let at forudsige og ret jævn. Det skyldes, at stål eller aluminium har en høj varmeledningsevne (25–237 W/m·K), og metallerne berører hinanden tæt. Væskens termiske ledningsevne, specifikke varmekapacitet, viskositet, tæthed, strømningshastighed og fase-ændringsadfærd påvirker alle, hvor hurtigt varme kan forlade en væske. Vand har en høj specifik varme (4,18 kJ/kg·K), en god varmeledningsevne (≈0,6 W/m·K) og en lav viskositet, hvilket betyder, at det bevæger sig meget rundt selv i stillestående tanke. Det betyder, at watt-tætheder kan være relativt høje. En 440V patronvarmer med en nominel effekt på 10–20 W/cm² (eller 60–130 W/in²) kan sikkert arbejde i vand, der bevæger sig eller omrøres. Det vil kun hæve kappetemperaturen med 20-50 grader over bulkvæsketemperaturen.


I modsætning hertil tyktflydende olier eller væsker, der overfører varme. Tunge mineralolier, syntetiske termiske olier eller glykolblandinger har væsentligt lavere varmeledningsevne (0,1-0,15 W/m·K), højere viskositet (10-1000 cP vs. 1 cP for vand) og svagere naturlig konvektion. Et lag af opvarmet, mindre tyktflydende væske dannes ved siden af ​​kappen, når der er lidt eller ingen strøm. Dette lag beskytter varmelegemet, hvilket får hylstertemperaturen til at stige hurtigt. Hvis watt-tætheden er for høj, kan overfladen gå over væskens filmtemperaturgrænse, som normalt er mellem 250 og 350 grader for mange olier. Dette kan forårsage termisk revnedannelse, oxidation eller polymerisering. Skeden får en hård, sort kulstofaflejring på sig, der kaldes "koksning". Koks er en fantastisk termisk isolator (ledningsevne<0.1 W/m·K), which means it keeps heat inside the heater, making the internal wires get much hotter than is safe, which speeds up oxidation, insulation breakdown, and eventually burnout.

Når det kommer til 440V nedsænkningsapplikationer, er valg af den rigtige watt-tæthed nok det vigtigste valg. Nogle generelle regler for branchen er:
- Vand og vandige opløsninger: 10-25 W/cm² (60-160 W/in²) er fint, så længe vandet flyder godt. I applikationer med tvungen-gennemstrømning eller kogning kan den gå op til 30-40 W/cm². - Lette olier (lav viskositet, såsom hydraulikvæske): 5-10 W/cm² (30-65 W/in²). - Tunge olier, termiske overførselsvæsker eller tykke co-væsker er under W/5² tærskler/2cm²: (13–32 W/in²). - Kemikalier, der let nedbrydes (såsom syrer og opløsningsmidler), har ofte brug for 1–3 W/cm² under kraftig omrøring.

Disse begrænsninger er ikke tilfældige; de kommer fra virkelige-verdensdata og producentens anbefalinger for den højeste filmtemperatur. Går man over dem, selv i kort tid, starter koksdannelsen, hvilket bliver værre: Det isolerende lag hæver kappetemperaturerne, hvilket fører til øget koksdannelse og hurtigt svigt, normalt i uger i stedet for år.

At vælge det rigtige kappemateriale er endnu vigtigere, når det kommer til nedsænkning. Rustfrit stål 304 eller 316 er fint til vand, milde olier og de fleste kemikalier, men i barske situationer skal du opgradere. Pitting og stress-korrosionsrevner er to måder, hvorpå høje-chloridopløsninger, syrer eller chlorerede kemikalier kan beskadige rustfrit stål. Incoloy 800 eller 825 nikkel-jern-chromlegeringer er det bedste valg til kemiske eller{11}}højtemperaturoliebade, fordi de er mindre tilbøjelige til at ruste, oxidere eller forkulle. Hvis du har brug for at beskytte mod meget ætsende stoffer som stærke syrer eller smeltede salte, kan du have brug for designs med titanium, Hastelloy eller fluorpolymer beklædning. Skeden er det eneste, der forhindrer elektricitet i at komme ind i væsken. Hvis den går i stykker, kan der strømme strøm ind i væsken, hvilket kan forårsage stød eller elektrolyse.

Reglerne for installation og drift er også meget forskellige fra tørre applikationer: - Den opvarmede længde skal altid være helt nedsænket. Når noget er delvist nedsænket, producerer det en tør zone ved væske-luftgrænsefladen, hvor watt-tætheden grundlæggende bliver uendelig (ingen konvektion). Dette får kappen til at smelte ned eller knække med det samme. - Brug flangemonteringer, skruepropper eller gevindbøsninger med de rigtige pakninger for at sikre, at der ikke er utætheder, og at de elektriske afslutninger forbliver kølige og tørre. - Brug lav-afskæringssensorer- eller svømmerafbrydere til at slukke for væskeniveauet, når det{100}{101} tvungen cirkulation (pumper, omrørere) for at bryde grænselag og lade højere sikre tætheder ske. - For tykke væsker, tænk på at placere indgangen nær bunden eller siden for at hjælpe med naturlige konvektionsstrømme.

For at opvarme væsker med succes, skal du vide, hvordan de reagerer på varme. Hver væske har offentliggjort maksimale filmtemperaturer og foreslåede watt-densiteter. Hvis du ikke følger disse, kan du ende med koksakkumulering, væskeforurening, procesineffektivitet og opvarmningsfejl. 440V-patronvarmere fungerer godt i neddykningsservice, fordi de bruger konservative watt-densiteter til viskøst eller stillestående medium, kappelegeringer, der er kemisk kompatible, og konstant fuld nedsænkning. De tilskynder også til flydende bevægelse. Reglerne for nedsænkningsapplikationer er forskellige fra dem for formopvarmning, men hvis du følger dem, kan neddykningsapplikationer være lige så pålidelige i mange år som tørre installationer, uden at den tavse frygt for koksdannelse gør en fin varmeovn til en kostbar fiasko.