โรงงานเคมีแห่งหนึ่งสูญเสียเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ขนาด 6 kW เมื่อใบพัดปั๊มหมุนเวียนกัดกร่อนและการไหลลดลงประมาณ 60% อุณหภูมิของเหลวเทกองยังคงอยู่ภายใน 3 องศาของค่าที่ตั้งไว้ ผู้ควบคุมไม่เห็นปัญหา แต่อุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนได้เพิ่มขึ้นเกินจุดที่ของเหลวที่พื้นผิวเริ่มระเหย เกิดผ้าห่มไอ การถ่ายเทความร้อนยุบตัว และ PTFE พองและแตกภายในไม่กี่ชั่วโมง
การห่อด้วยไอระเหยเป็นโหมดความล้มเหลวที่ฉับพลันที่สุดสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ต่างจากการซึมผ่านหรือความเหนื่อยล้าซึ่งเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายเดือน การคลุมสามารถทำลายเครื่องทำความร้อนได้ในกะเดียว ทริกเกอร์มักจะมีความเร็วการไหลลดลงที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน- ซึ่งเป็นสภาวะที่กำหนดว่าความร้อนสามารถออกจากเครื่องทำความร้อนได้เร็วพอที่จะคงอยู่ต่ำกว่าจุดเดือดของของไหลหรือไม่
เหตุใดการห่อหุ้มด้วยไอจึงเกิดขึ้นก่อนการเดือดจำนวนมาก
การเดือดเป็นกลุ่มเกิดขึ้นเมื่อของเหลวทั้งหมดถึงจุดเดือด การปกคลุมของไอเกิดขึ้นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนในขณะที่ของเหลวที่เทกองอยู่ต่ำกว่าจุดเดือดมาก กลไกนี้ตรงไปตรงมา: อุณหภูมิพื้นผิวของฮีตเตอร์จะสูงกว่าอุณหภูมิของไหลเทกองเสมอ หากความแตกต่างมากเพียงพอ ของไหลที่สัมผัสกับเครื่องทำความร้อนจะถึงจุดเดือด แม้ว่าของไหลที่อยู่รอบ ๆ จะไม่ถึงจุดเดือดก็ตาม
สำหรับน้ำที่อุณหภูมิ 80 องศา จุดเดือดคือ 100 องศา ที่ความดันบรรยากาศ เครื่องทำความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิ 25 องศาเหนือปริมาณเทกองจะอยู่ที่ 105 องศา - เหนือจุดเดือดเฉพาะที่ ฟองอากาศจะเกิดขึ้นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน หากการไหลเพียงพอ ฟองอากาศจะแยกตัวและยุบตัวลงในของเหลวปริมาณมากที่เย็นลง หากการไหลอ่อนแอ ฟองอากาศจะรวมตัวกันเป็นผ้าห่มไอที่หุ้มฉนวนเครื่องทำความร้อน
เมื่อผ้าห่มก่อตัวขึ้น การถ่ายเทความร้อนจะยุบตัวลง อุณหภูมิพื้นผิวของเครื่องทำความร้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงช่วงการย่อยสลายของ PTFE ซึ่งมักจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่วินาที โพลีเมอร์จะนิ่ม พอง และแตกร้าว ความล้มเหลวไม่สามารถย้อนกลับได้
| ความเร็วการไหลที่ฮีตเตอร์ | เครื่องทำความร้อน ΔT ที่ 1.2 วัตต์/ซม.² | อุณหภูมิเครื่องทำความร้อนที่ 80 องศา Bulk | ความเสี่ยงจากการปกคลุมของไอ | ความเร็วปลอดภัยขั้นต่ำ |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6–10 องศา | 86–90 องศา | ไม่มี | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10–15 องศา | 90–95 องศา | ต่ำ | เพียงพอ |
| 0.15–0.3 m/s | 15–22 องศา | 95–102 องศา | ปานกลาง | ชายขอบ |
| 0.05–0.15 m/s | 22–35 องศา | 102–115 องศา | สูง | ต่ำกว่าขั้นต่ำ |
| <0.05 m/s | 35–50 องศา | 115–130 องศา | สูงมาก | ไม่ปลอดภัย |
ความเร็วการไหลและความเสี่ยงในการปกคลุมของไอสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ในอ่างน้ำที่ 80 องศา
เกณฑ์ความเร็วขั้นต่ำ
ความเร็วการไหลขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อป้องกันการปกคลุมของไอจะขึ้นอยู่กับของเหลว ความหนาแน่นของวัตต์ และอุณหภูมิโดยรวม สำหรับอ่างที่ใช้น้ำ-ที่ 60–80 องศาและความหนาแน่นวัตต์ 1.0–1.5 วัตต์/ซม.² ความเร็วพื้นผิวเครื่องทำความร้อนอย่างน้อย 0.15 เมตร/วินาที โดยทั่วไปจะเพียงพอที่จะแยกฟองไอออกก่อนที่จะรวมตัวกัน
ต่ำกว่า 0.15 ม./วินาที ขอบจะแคบลงอย่างรวดเร็ว ที่ 0.1 เมตร/วินาที เครื่องทำความร้อน-ถึง-ช่องว่างจำนวนมากสามารถเกิน 25 องศา ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวของเครื่องทำความร้อนผ่านจุดเดือดเฉพาะที่ในอ่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 70 องศา ที่ 0.05 เมตร/วินาที-นิ่งอย่างมีประสิทธิภาพ-ช่องว่างอาจเกิน 40 องศา และไอระเหยจะเริ่มปกคลุมในอ่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา
สำหรับของเหลวหนืด ความเร็วต่ำสุดจะสูงกว่า ของไหลที่มีความหนืดมากกว่าน้ำสามเท่าต้องใช้ความเร็วประมาณ 1.5 เท่าเพื่อให้ได้ความหนาของชั้นขอบเขตที่เท่ากัน สำหรับนิกเกิลซัลฟาเมตที่ 55 องศา ความเร็วต่ำสุดสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยที่ 1.2 วัตต์/ซม.² คือประมาณ 0.25 ม./วินาที
| ประเภทของของไหล | ความหนืดที่อุณหภูมิใช้งาน | ความเร็วขั้นต่ำที่ 1.0 วัตต์/ซม.² | ความเร็วขั้นต่ำที่ 1.5 วัตต์/ซม.² |
|---|---|---|---|
| น้ำ | 0.5 mPa·s | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| กรดเจือจาง | 0.7 mPa·s | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| วัตต์นิกเกิล | 2.0 mPa·s | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| นิกเกิล ซัลฟาเมต | 3.5 mPa·s | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า | 4.5 mPa·s | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
ความเร็วการไหลขั้นต่ำสำหรับการป้องกันไอระเหยในการติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE
เหตุใดการวัดระดับการไหลของถัง-จึงทำให้เข้าใจผิด
ความเร็วการไหลที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนมักจะต่ำกว่าความเร็วเฉลี่ยของถัง-เสมอ ท่อสแปร์จและท่อนำไฟฟ้าอยู่ในตำแหน่งเพื่อเคลื่อนย้ายของไหลไปรอบๆ ชิ้นงาน ไม่ใช่รอบๆ เครื่องทำความร้อน เครื่องทำความร้อนมักจะตั้งอยู่ตรงมุม หลังรางแร็ค หรือบนผนังตรงข้ามทางเข้า ซึ่งความเร็วเฉพาะที่เป็นเพียงเศษเสี้ยวของค่าเฉลี่ยจำนวนมาก
การวัดภาคสนามในถังชุบแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอ-ระดับความเร็วของเครื่องทำความร้อนต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของถัง 30–70% ในโซนอันตราย การลดลงอาจอยู่ที่ 80–90% ถังที่มีความเร็วระบุ 0.3 เมตร/วินาที อาจมีความเร็วเพียง 0.05–0.1 เมตร/วินาที ที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน
นี่คือสาเหตุที่การวัดระดับการไหลของถัง-ไม่สามารถใช้เพื่อตรวจสอบการทำงานของฮีตเตอร์ที่ปลอดภัยได้ การวัดจะต้องดำเนินการที่ตำแหน่งของเครื่องทำความร้อน หรือเครื่องทำความร้อนจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ทราบว่ามีอัตราการไหลสูง-และมีระยะขอบที่เพียงพอ
มาตรการปฏิบัติเพื่อรักษาความเร็วที่ปลอดภัย
วางตำแหน่งเครื่องทำความร้อนในเส้นทางการไหลหลัก ความเร็วสูงสุดและการไหลสม่ำเสมอที่สุดเกิดขึ้นที่กึ่งกลางของถังหรือในแนวตรงกับทางเข้าของการไหลเวียนโดยตรง หลีกเลี่ยงมุม หลังแผ่นกั้น และใกล้ฝายน้ำล้น
ใช้ท่อส่งหรือท่อสปาร์คโดยเฉพาะที่มุ่งตรงไปที่เครื่องทำความร้อน หัวฉีดอีดักเตอร์ขนาดเล็กซึ่งอยู่ห่างจากเครื่องทำความร้อน 150–250 มม. และเล็งไปตามพื้นผิวเครื่องทำความร้อนจะเพิ่มความเร็วเฉพาะที่ 0.3–0.5 ม./วินาที นี่เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการรักษาความเร็วที่ปลอดภัยที่ตัวทำความร้อน
ติดตั้งสวิตช์การไหลหรือเซ็นเซอร์วัดความแตกต่างของความดันเพื่อตรวจจับการสูญเสียการไหลเวียน สวิตช์การไหลในท่อระบายของปั๊มจะตัดกระแสไฟที่ส่งไปยังฮีตเตอร์ หากการไหลลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่ปลอดภัย สวิตช์ควรเป็นอิสระจากระบบควบคุมหลัก และควรต้องรีเซ็ตด้วยตนเอง
ลดความหนาแน่นของวัตต์ในโซนที่มีการไหลต่ำ- หากเครื่องทำความร้อนต้องทำงานในตำแหน่งที่ไม่สามารถรักษาการไหลให้สูงกว่า 0.15 m/s ได้ ต้องลดความหนาแน่นของวัตต์ลงเพื่อรักษาอุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนให้ต่ำกว่าจุดเดือดเฉพาะที่ ในโซนนิ่ง ความหนาแน่นของวัตต์ที่ปลอดภัยคือ 0.6–0.8 วัตต์/ซม.²
เมื่อเครื่องทำความร้อนมาตรฐานไม่สามารถรักษาความเร็วที่ปลอดภัยได้
ถังที่มีการยึดภายในที่ซับซ้อนและการหมุนเวียนที่จำกัด มักจะไม่สามารถให้ความเร็วการไหลที่การทำงานของเครื่องทำความร้อนที่ปลอดภัยต้องการได้ เครื่องทำความร้อนที่ทำงานได้ดีในปริมาณถังหลักอาจขาดการไหลในมุมหรือด้านหลังอุปกรณ์ติดตั้ง
การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE แบบกำหนดเองพร้อมตำแหน่งการไหล-ที่เหมาะสมที่สุด ตัวขับเฉพาะ และความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่าช่วยแก้ปัญหาสาเหตุของความอดอยากในการไหล กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้ขนาดของถัง รูปแบบการไหลเวียน ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน เคมีของอ่าง และกำลังไฟที่ต้องการ สำหรับโรงงานที่มีถังหลายถัง การประยุกต์ใช้-แนวทางเฉพาะนี้จะช่วยลดความเสี่ยงในการปกคลุมไอและยืดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน
