Hvad er den maksimalt tilladte vægtykkelse på 316 rustfrit stålkappe for en lav-Watt-densitetsdyppevarmer, der fungerer i stillestående, høj-termoolie over 150 grader Celsius?

Procesingeniører, der har til opgave at vedligeholde varmeoverførselsvæskesystemer i kemiske fabrikker, plaststøbeoperationer og fødevareforarbejdningsfaciliteter, står over for et unikt sæt begrænsninger, når de vælger elektriske dyppevarmere til termisk olieservice. Vandbaserede systemer har meget høje watt-densiteter på grund af stærke varmeoverførselskoefficienter, mens termiske olier har meget dårlige varmeoverførselsegenskaber, cirka en tiendedel til en tyvendedel af vands. I situationer med stillestående eller lav flow kan olien i kontakt med varmekappen opvarmes til temperaturer, der er meget højere end bulkvæsketemperaturen, hvilket resulterer i termisk forringelse, forkoksning og eventuel varmesvigt. Vægtykkelsen af ​​316 rustfri stålkappen er kritisk vigtig for denne fejlmekanisme, da den ydre overfladetemperatur er en funktion af vægtykkelsen for en bestemt watt-densitet. Udgivne begrænsninger for olienedbrydning og varmeoverførselsprincipper bruges til at definere den maksimalt acceptable vægtykkelse for 316 hylstre i termisk olieservice med lav-watt-densitet og høj-temperatur.

Termiske olienedbrydningsmekanismer og grænser for overfladetemperatur
Termiske olier er organiske væsker, som ved for høje temperaturer kan opleve termisk revnedannelse og oxidation. Den maksimalt tilladte filmtemperatur (temperatur ved olie-kappegrænsefladen) er afhængig af oliekemi, men er normalt mellem 250 og 350 grader for mineralolier og mellem 320 og 400 grader for syntetiske aromatiske olier. Ud over disse temperaturer er der en accelereret produktion af uopløselige polymerer, kulstofholdige aflejringer og kaustiske-biprodukter. Når en belægning af koks eller polymer findes på kappeoverfladen, fungerer kappeoverfladen som en isolerende barriere, hvilket yderligere øger kappetemperaturen og accelererer nedbrydningen i en løbsk cyklus. For 316 rustfri stålkapper nedsænket i stillestående termisk olie, beregnes overfladetemperaturen som T_s=T_b + (q× R_s), hvor T_b er bulktemperaturen, q er watt-densiteten og R_s er den totale modstand af systemet, som er summen af ​​den ledende modstand af den konvekse vægs ledningsmodstand og den ledende modstand af oliens væglag. I stationær olie er konvektionsmodstanden den vigtigste, og den er ekstremt ikke-lineær på grund af den svage naturlige konvektion og den store variation af oliekarakteristika med temperaturen. Erfaring fra industrien har vist, at størstedelen af ​​mineralolier kan bruges sikkert op til en kappeoverfladetemperatur på 316 grader og højkvalitets syntetiske op til 320 grader. Disse begrænsninger omsættes direkte til maksimal tilladt watt-tæthed for en bestemt vægtykkelse.

Effekt af vægtykkelse på overfladetemperaturen af ​​olie i hvile
Ved en given watt-densitet øges vægtykkelsen på 316 hylster den udvendige overfladetemperatur med samme mængde som den ekstra termiske modstand. Temperaturstigningen fra bulk til kappeoverflade beregnes for stationær olie ved 150 grader C bulktemperatur og en naturlig konvektionsvarmeoverførselskoefficient på ~200 W/m2K-typisk for moderat viskøse olier. En 1,0 mm 316 kappe ved 4 W/cm² giver en overfladetemperatur på ca. 235 grader, et godt stykke under mineraloliegrænsen på 260 grader. Samme varmelegeme, men med en kappe på 1,6 mm opnår 255 grader, nærmer sig grænsen. Med 2,0 mm kappe er overfladetemperaturen 270 grader, hvilket er over den tilladte grænse for de fleste mineralolier. Ved en vægtykkelse på 2,5 mm er overfladetemperaturen 290 grader, hvilket fremskynder olieforringelse og koksdannelse. Thic... For syntetiske olier 320 grader C grænse. Ved 4 W/cm 2 giver en 2,0 mm kappe 270 grader, meget under grænsen for syntetisk olie. Selv en 2,5 mm kappe ved 4 W/cm² giver kun 290 grader, hvilket stadig er acceptabelt for syntetiske materialer af god kvalitet. Men når bulkolietemperaturen stiger til 180 grader eller 200 grader, stiger overfladetemperaturen tilsvarende, og den maksimalt acceptable vægtykkelse falder.

Maksimal anbefalet vægtykkelse til termisk olieservice
Tabellen nedenfor foreslår maksimale 316 kappevægtykkelser for lav-watt-densitetsdyppevarmere, der bruges i stationær eller lav-termisk olieservice. Værdierne er for kontinuerlig drift, ren olie uden forudgående forringelse og med en sikkerhedsbuffer på 15 grader under den maksimale filmtemperatur angivet af producenten.

Termisk olietype Maksimal bulkolietemperatur Anbefalet Watt Densitetsinterval Maksimum 316 Kappe Vægtykkelse Forventet forkoksningsrisiko
Standardkvalitet mineralolie 120 grader 3 – 5 W/cm² 1,6 mm Lav ved 1,6 mm; moderat over
Standardkvalitet 150 grader 2 – 4 W/cm² 1,2 mm Moderat ved 1,2 mm; højt over
Mineralolie, højtemperaturkvalitet 180 grader 1,5 – 3 W/cm 2 1.0 mm Høj risiko, overvej syntetisk olie
Syntetisk aromatisk olie 150 grader 3 – 6 W/cm² 2,0 mm Lav ved 2,0 mm; moderat ved 2,5 mm
Syntetisk aromatisk olie 200 grader 2 – 4 W/cm² 1,6 mm Mild ved 1,6 mm; alvorlig ved 2,0 mm
Syntetisk aromatisk olie 250 grader 1 – 2,5 W/cm² 1,2 mm Høj fare; har brug for løbende overvågning
Syntetisk aromatisk olie med flow 200 grader 4 – 8 W/cm2 2.0 mm Lav risiko med tvungen cirkulation
I alle termiske olieapplikationer, hvor bulktemperaturen er større end 150 grader og kappens vægtykkelse er større end 1,6 mm, skal ingeniører bede varmelegemeproducenten om at levere en termisk undersøgelse, der beregner den nøjagtige ydre overfladetemperatur baseret på de givne varmeoverførselsparametre for olien. I disse indstillinger er generiske anbefalinger ikke nok. Ydermere er den mest pålidelige beskyttelse mod olieforringelse tilvejebragt af et termoelement direkte monteret på kappens overflade. Hvis den registrerede kappetemperatur er tæt på oliens maksimale filmtemperatur, bør varmelegemets watt-tæthed reduceres, eller oliecirkulationen øges. Et forsigtigt valg af vægtykkelse er et økonomisk forslag. Udgifterne til at udskifte koksolie og rense en tilsmudset varmelegeme er ofte fem til ti gange prisen for varmeren.