ในน้ำมันที่มีความหนืดสูง- (1,000–100,000 cP, Pr > 500) ความล่าช้าในการวัดอุณหภูมิจากเทอร์โมเวลส์แบบธรรมดาอาจเกิน 5–10 นาที ส่งผลให้การควบคุมกระบวนการไม่ดี เทอร์โมเวลล์ในตัว-รูตันที่หล่อขึ้นรูปอย่างถาวรในปลอก PFA- ช่วยลดความล่าช้าโดยการวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิโดยตรงในบริเวณที่ให้ความร้อนโดยไม่มีช่องว่างอากาศ พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ ความหนาของผนังเทอร์โมเวลล์ (0.5–1.0 มม. ไม่ใช่ผนัง PFA ทั้งหมด) วัสดุ (PFA หรือโลหะผนังบาง-) และวัสดุอุด (เทอร์มอลเพสต์หรือ-โลหะผสมที่ละลายต่ำ) สำหรับผนังเครื่องทำความร้อน PFA ขนาด 2 มม. เทอร์โมเวลล์ PFA ขึ้นรูปที่มีความหนาด้านล่าง 0.5 มม. และเติมด้วยซิลิโคนช่วยลดความล่าช้าเป็น 20–40 วินาทีสำหรับน้ำมันที่ 80 องศา เทอร์โมเวลล์โลหะ (OD 1 มม. ผนัง 0.2 มม.) ที่ฝังอยู่ใน PFA ช่วยลดความล่าช้าเป็น 5–15 วินาที การออกแบบแบบบูรณาการช่วยลดการสัมผัสเซ็นเซอร์กับน้ำมันที่มีฤทธิ์รุนแรงในขณะที่รักษาความเร็วการตอบสนองไว้
แหล่งที่มาของความล่าช้าและกลยุทธ์การลด
ในเทอร์โมเวลล์ภายนอกแบบทั่วไป (เชื่อมหรือยึดเข้ากับเครื่องทำความร้อน) ความล่าช้ามาจากสามแหล่ง: (1) การนำความร้อนผ่านชั้นขอบเขตน้ำมัน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในน้ำมันที่มีความหนืดสูง-) (2) การนำผ่านผนังเทอร์โมเวลล์ และ (3) การพาความร้อนผ่านช่องว่างอากาศระหว่างเซ็นเซอร์และบ่อ สำหรับน้ำมันที่มีความหนืดสูง- ชั้นขอบเขตน้ำมันเป็นความต้านทานการถ่ายเทความร้อนที่ใหญ่ที่สุด (h_oil=50–200 W/m²·K) เทอร์โมเวลล์ในตัวช่วยลดช่องว่างอากาศและลดเส้นทางการนำไฟฟ้า
ปัจจัยการลดความล่าช้า:
ใช้ความหนาด้านล่างบาง (0.5 มม. เทียบกับ . 2 มม.) ช่วยลดความล่าช้าในการนำไฟฟ้าได้ 4×
เติมเทอร์โมเวลล์ด้วยซิลิโคน (k µ 3–5 W/m·K) เพื่อลดช่องว่างอากาศ
ใช้เทอร์โมเวลล์โลหะ (สแตนเลส, kµ15 W/m·K) แทน PFA (kγ0.2 W/m·K) สำหรับปลายการตรวจจับจะปรับปรุงการตอบสนองได้ 10–20×
ตัวเลือกการออกแบบ Thermowell สำหรับเครื่องทำความร้อน PFA
| ออกแบบ | การก่อสร้าง | ความหนาของผนัง (มม.) | เติมวัสดุ | ค่าคงที่เวลา τ (วินาที ในน้ำมัน 10,000 cP ที่ 80 องศา ) | ล่าช้าถึง 90% (วินาที) | ทนต่อสารเคมี | ต้นทุนเพิ่มขึ้น |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| แคลมป์ภายนอก-เปิดอยู่ | แคลมป์โลหะ + เซ็นเซอร์ | ไม่มี (ภายนอก) | อากาศ | 120–240 | 280–550 | ดี (เซนเซอร์ภายนอก) | 5% |
| เทอร์โมเวลล์เชื่อมภายนอก | โลหะเชื่อมเข้ากับหน้าแปลนเครื่องทำความร้อน | 1.5 (โลหะ) | อากาศ | 60–120 | 140–280 | ยอดเยี่ยม | 15% |
| รูตาบอด PFA ในตัว | กระเป๋า PFA แบบขึ้นรูป | 1.0 | อากาศ | 40–80 | 95–185 | ยอดเยี่ยม | 20% |
| รวม PFA + วาง | กระเป๋า PFA แบบขึ้นรูป | 0.8 | แผ่นความร้อน (k=3 W/m·K) | 12–20 | 30–45 | ยอดเยี่ยม | 25% |
| PFA ในตัว + ก้นแบบบาง | PFA ขึ้นรูป ก้น 0.5 มม | 0.5 | แปะ | 8–12 | 20–28 | ยอดเยี่ยม | 30% |
| เทอร์โมเวลล์ใส่โลหะ | ท่อสเตนเลส (OD 1 มม. ผนัง 0.2 มม.) ฝังอยู่ใน PFA | 0.2 (โลหะ) | วางหรือโลหะผสม | 3–5 | 7–12 | ดี (สัมผัสโลหะ) | 40% |
| เซ็นเซอร์แบบห่อหุ้ม | RTD หรือ TC ขึ้นรูปโดยตรงใน PFA (ไม่สามารถ{0}}ถอดออกได้) | 0 (เซ็นเซอร์สัมผัส) | ไม่มี | 1–2 | 3–5 | ดีเยี่ยม (PFA เหนือเซ็นเซอร์) | 50% (เซ็นเซอร์ไม่สามารถเปลี่ยนได้) |
แนวทางการออกแบบ
For high-viscosity oil service (>5,000 cP) ให้ปฏิบัติตามกฎเหล่านี้:
ความหนาด้านล่างของเทอร์โมเวลล์ขั้นต่ำ: 0.5 มม. สำหรับ PFA, 0.2 มม. สำหรับโลหะ ทินเนอร์เสี่ยงต่อการแตกหรือคืบ
วางความร้อน: ใช้โบรอนไนไตรด์หรือซิลิโคนผสมอะลูมิเนียมออกไซด์ (k มากกว่าหรือเท่ากับ 3 W/m·K) ใช้ภายใต้สุญญากาศเพื่อขจัดฟองอากาศ
ประเภทเซนเซอร์: ใช้เทอร์โมคัปเปิ้ลลวดละเอียด- (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.25 มม.) หรือ-ฟิล์ม RTD บาง (1 มม. × 2 มม.) เซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม.) ช่วยเพิ่มความล่าช้า
ตำแหน่ง: ค้นหาเทอร์โมเวลล์ที่จุดที่ร้อนที่สุดของเครื่องทำความร้อน (โดยทั่วไปจะอยู่ห่างจากด้านความเย็น 100–200 มม. ดูบทความ #70) สำหรับถังทรงสูง ให้ใช้เทอร์โมเวลส์สองตัว (บนและล่าง) โดยมีค่าเฉลี่ย
ความสามารถในการทดแทน: สำหรับกระบวนการที่สำคัญ ให้ใช้เซ็นเซอร์แบบถอดได้ในเทอร์โมเวลล์ PFA (ไม่ห่อหุ้ม) เทอร์โมเวลล์ยังคงอยู่ในถัง สามารถถอดเซ็นเซอร์ออกเพื่อการสอบเทียบได้โดยไม่ต้องระบายออก
ความสามารถในการผลิต
เทอร์โมเวลล์ PFA ในตัวถูกสร้างขึ้นในระหว่างการขึ้นรูปส่วนเย็นของฮีตเตอร์หรือโดยความร้อน-ทำให้เกิดรอยบุ๋มในปลอก ความหนาด้านล่างถูกควบคุมโดยตำแหน่งของแมนเดรล สำหรับเทอร์โมเวลล์แบบสอดโลหะ จะมีการวางท่อสแตนเลสแบบมีผนังบาง-ไว้ในแม่พิมพ์ PFA ได้รับการฉีด-รอบๆ ปลายโลหะยื่นออกมา 5–10 มม. เข้าไปใน PFA ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสัมผัสความร้อนที่ดี โลหะต้องเข้ากันได้กับของเหลวในกระบวนการ (316L สำหรับสารอ่อน และ Hastelloy สำหรับสารเข้มข้น) ห้ามใช้ทองแดงหรืออลูมิเนียมในการให้บริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ตัวอย่างภาคสนาม
โรงงานโพลีเมอร์แห่งหนึ่งให้ความร้อนเรซิน 50,000 cP จาก 60 องศาถึง 120 องศาโดยใช้เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีแคลมป์ภายนอก-บนเทอร์โมคัปเปิล อุณหภูมิล่าช้าคือ 8 นาที ทำให้เกิดอุณหภูมิเกิน 15 องศา และการเสื่อมสภาพของเรซิน โรงงานได้เปลี่ยนเครื่องทำความร้อนด้วยการออกแบบเทอร์โมเวลล์ PFA แบบบูรณาการ (ความหนาด้านล่าง 0.6 มม. แผ่นระบายความร้อน) ความล่าช้าลดลงเหลือ 25 วินาที การควบคุมอุณหภูมิดีขึ้นเป็น ±1.5 องศา และการเสื่อมสภาพของเรซินหยุดลง ค่าเครื่องทำความร้อนแบบกำหนดเอง 300 ดอลลาร์จ่ายเองใน 3 ชุด
สรุป: เทอร์โมเวลล์แบบผสมผสานกับเพสต์ช่วยลดความล่าช้าถึง<30 Seconds
สำหรับน้ำมันที่มีความหนืดสูง- เทอร์โมเวลล์ PFA ในตัวที่มีก้นบาง (0.5–1.0 มม.) และไส้เทอร์มอลเพสต์จะช่วยลดความล่าช้าในการวัดอุณหภูมิจาก 5–10 นาทีเป็น 20–40 วินาที-เพิ่มขึ้น 10–15 เท่า เพื่อการตอบสนองที่รวดเร็วที่สุด ให้ระบุเทอร์โมเวลล์แบบสอดโลหะ (ผนัง 0.2 มม.) ที่ฝังอยู่ใน PFA โดยมีความล่าช้า 5–15 วินาที การออกแบบแบบบูรณาการช่วยรักษาความทนทานต่อสารเคมีในขณะที่วางเซนเซอร์เป็นมิลลิเมตรจากของเหลวในกระบวนการ เซ็นเซอร์แบบห่อหุ้ม (ไม่สามารถ-ถอดออกได้) ให้การตอบสนองที่เร็วที่สุดแต่ไม่สามารถสอบเทียบหรือเปลี่ยนได้ เลือกตามความวิกฤตของกระบวนการ ในน้ำมันที่มีความหนืดสูง-ความล่าช้าคือศัตรู ผนังบาง แผ่นระบายความร้อน และส่วนที่เป็นโลหะช่วยลดความล่าช้า ออกแบบอย่างชาญฉลาด ตอบสนองรวดเร็ว ควบคุมได้อย่างแม่นยำ
