Kif il-Ħxuna tal-Ħitan tal-Għat ta 'l-Azzar Stainless 316 Jaffettwa l-Fluss Kritiku tas-Sħana u r-Riskju ta' Burnout f'Heaters ta 'Immersjoni Elettrika Mgħaddsa għal Applikazzjonijiet ta' Ilma jagħli?

Għall-inġiniera tal-proċess li qed jiżviluppaw heaters elettriċi ta 'immersjoni għal applikazzjonijiet ta' ilma jagħli -- ktieli elettriċi, ġeneraturi tal-fwar, u bojlers industrijali, pereżempju -- il-fenomeni ta 'fluss kritiku tas-sħana huwa limitu ewlieni fuq il-prestazzjoni tal-heater. Ir-reġim tat-togħlija jinbidel minn togħlija nukleata għal togħlija tal-film meta l-fluss tas-sħana mill-għant ta 'l-istainless steel 316 għall-ilma tal-madwar jgħaddi valur ta' limitu. Fit-togħlija tal-film, il-fwar jifforma saff kontinwu fuq il-wiċċ tal-għant u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana jinżel drastikament b'tali mod li t-temperatura tal-għant togħla malajr. Dan il-fenomenu, imsejjaħ burnout, jista 'jgħolli t-temperatura tal-għant mijiet ta' gradi f'sekondi, u jikkawża ossidazzjoni tal-wajer tar-reżistenza, falliment tal-insulazzjoni MgO, jew qsim tal-għant. Il-ħxuna tal-ħajt tal-għant 316 tiddetermina l-kobor tal-fluss kritiku tas-sħana u l-ħin tar-reazzjoni termali wara l-bidu tat-togħlija tal-film. Dan id-dokument jevalwa r-relazzjoni bejn il-ħxuna tal-ħajt tal-għant u r-riskju ta 'burnout, u joffri kriterji ta' għażla għal applikazzjonijiet ta 'ilma jagħli taħt flussi ta' sħana għolja.

Il-Fiżika ta 'Fluss ta' Sħana Kritika u Burnout f'Għatijiet ta '316
Is-siti tan-nukleazzjoni fuq il-wiċċ (316 għant) huma l-postijiet fejn huma ffurmati bżieżaq tal-fwar. Il-bżieżaq jisseparaw u jitilgħu minn ġol-likwidu li jieħdu s-sħana b'mod effiċjenti. Għat-togħlija nukleata tal-ilma l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana jkun minn 5000 sa 50000 W/m2.K. Dan jiddependi fuq l-istat tal-wiċċ u d-differenza fit-temperatura. Hekk kif il-fluss tas-sħana jiżdied, il-frekwenza u d-densità tal-produzzjoni tal-bużżieqa tiżdied. Fil-fluss kritiku tas-sħana, il-bżieżaq tal-fwar jingħaqdu biex jipproduċu kisja tal-fwar kontinwu fuq il-wiċċ tal-għant. Il-konduttività termali tal-kisja tal-fwar hija madwar 20 darba inqas minn dik tal-ilma likwidu, u tikkawża żieda konsiderevoli fir-reżistenza termali. L-istess fluss tas-sħana jeħtieġ żieda fit-temperatura tal-wiċċ tal-għant, iżda l-ħxuna tal-film tal-fwar bl-istess mod tikber mat-temperatura, u tiġġenera saff iżolanti li jsostni lilu nnifsu. Għal għant 316 f'ilma saturat f'100 grad, il-fluss kritiku tas-sħana huwa ġeneralment 1,000-1,500 kW/m² (100-150 W/cm²). Dan huwa ferm ogħla mill-firxa operattiva ta 'ħiters ta' immersjoni industrijali, li jaħdmu f'5-30 W/cm 2. Madankollu, hot spots żgħar, fouling tal-wiċċ jew tfixkil tal-fluss jistgħu jniżżlu l-fluss tas-sħana kritika lokali għal valuri ta 'madwar 50-80 W/cm2. A 50% hot spot factor heater f'20 W/cm2 jista 'jaqbeż il-fluss tas-sħana kritika lokali. It-temperatura tiżdied malajr ħafna meta t-togħlija tal-film jibda fuq parti mill-għant u l-film tal-fwar jista 'jkopri l-wiċċ kollu.

Kif il-ħxuna tal-ħajt tibdel ir-riżultati ta 'burnout
Meta 316 għant jilħaq it-togħlija tal-film, il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana jonqos minn bejn wieħed u ieħor 10,000 W/m2·K għal madwar 500 W/m2·K. Għal densità kostanti ta' watt ta' 20 W/cm 2 (200 000 W/m 2 ) id-differenza fit-temperatura bejn l-għata u l-ilma meħtieġa tiżdied minn 20 C għat-togħlija nukleata għal 400 C għat-togħlija tal-film. It-temperatura tal-wiċċ tal-għant għalhekk titla' minn 120 grad għal madwar 500 grad. Din iż-żieda fit-temperatura hija effettivament immedjata meta mqabbla mal-kostanti tal-ħin termali tal-għant. It-tħassib importanti huwa jekk it-temperatura tal-wajer tar-reżistenza interna tilħaqx il-livell permissibbli tagħha - ġeneralment 800 grad - qabel ma l-operatur jew is-sistema ta 'kontroll jirrikonoxxu l-kundizzjoni u jnaqqas il-qawwa? It-temperatura tal-wajer hija t-temperatura tal-wiċċ ta 'ġewwa tal-għant flimkien mal-waqgħa tat-temperatura permezz tal-insulazzjoni MgO u kwalunkwe vojt interfaċjali mal-wiċċ ta' ġewwa tal-għant. Għal għant rqiq-ħitan ta '0.8-1.0 mm, it-temperatura tal-wajer waqt it-togħlija tal-film tista' tilħaq 900-1,000 grad fi żmien 5-10 sekondi, li twassal għal ossidazzjoni mgħaġġla u falliment. Il-massa termali tal-kisja ħoxna (2.0-2.5 mm) tassorbi s-sħana matul l-ewwel avveniment tat-togħlija tal-film, idewwem iż-żieda fit-temperatura tal-wajer b'20-40 sekonda. Dan id-dewmien jagħti lis-sensor tat-temperatura jew lill-qtugħ termali aktar ħin biex jirreaġixxi. Iżda l-għant eħxen iżżomm ukoll aktar sħana, għalhekk ladarba ssir sħuna, tieħu aktar żmien biex tiksaħ wara li l-enerġija tiġi skonnettjata. Ir-riżultat finali huwa li għantijiet ħoxnin b'ħitan huma aktar tolleranti għal eskursjonijiet fit-togħlija tal-film għal żmien qasir iżda huma aktar bil-ħsara jekk l-eskursjoni hija fit-tul.

Modifika tal-wiċċ għal Titjib Kritiku tal-Fluss tas-Sħana
Il-mikrostruttura tal-wiċċ u t-tixrib bħala fatturi ewlenin li jinfluwenzaw il-fluss kritiku tas-sħana ta 'għata 316 Wiċċ illustrat lixx għandu fluss ta' sħana kritiku aktar baxx minn wiċċ imħaffef jew poruż, dan huwa minħabba l-inqas siti ta 'nukleazzjoni. Il-finitura tas-soltu tal-wiċċ għal għantijiet ta 'inqas minn 1.2 mm ta' ħxuna, bl-użu tal-proċedura ta 'swaging hija 0.4-0.8 mikroni Ra. Għal għantijiet b'ħitan ħoxnin ta' aktar minn 1.8 mm il-wiċċ jista' jkun aktar mhux maħdum minħabba proċeduri ta' manifattura varjati b'finituri ta' 1.0-2.0 mikron Ra. Il-wiċċ aktar mhux maħdum jista 'jtejjeb il-fluss tas-sħana kritiku b'20-30% minħabba siti ta' nukleazzjoni miżjuda. Fid-dazju tat-togħlija, għantijiet b'ħitan ħoxnin għalhekk jipprovdu vantaġġ doppju, jiġifieri, għandhom aktar massa termali biex tittardja l-ħsara mill-ħruq, u l-wiċċ tipikament aktar mhux maħdum tagħhom iżid il-limitu għall-ħruq. It-tabella li ġejja tagħti ħxuna rrakkomandata tal-ħajt għal 316-il għant fis-servizz tal-ilma jagħli, billi tħaddem id-densità tal-watt u l-kwalità tal-ilma.

Densità tal-Watt Kwalità tal-Ilma Ħxuna Minima tal-Ħajt Rakkomandata 316 Ħxuna Massima tal-Ħajt Rakkomandata 316 Marġni Kritiku tal-Fluss tas-Sħana Mekkaniżmu ta' Protezzjoni tal-Ħruq
sa 15 W/cm2Clean, solidi baxxi 0.8 mm 1.6 mm 5 – 8× Ħajt irqiq OK; riskju baxx 15 – 25 W/cm² Nodfa, solidi baxxi 1.2 mm 2.0 mm 3 – 5× Ħxuna moderata tagħti massa termali
25 – 35 W/cm² Nodfa, solidi baxxi 1.6 mm 2.5 mm 2 – 3× Ħajt oħxon meħtieġ għat-tolleranza tal-ħruq
3 – 5× Ħajt eħxen Żoni sħan ikkawżati minn skala Ilma iebes, potenzjal ta’ skalar 1.2 mm 2.0 mm Sa 15 W/ċm²
15 – 25 W/cm² Ilma iebes, potenzjal ta' skalar 1.6 mm 2.5 mm 2 – 3× Ħitan oħxon meħtieġ; descaling perjodiku meħtieġ
Kwalunkwe densità ta' watt Ilma De-mineralizzat 1.0 mm 1.6 mm Varjabbli Ilma De-mineralizzat għandu fluss ta' sħana kritiku aktar baxx; evita densità għolja ta 'watt
L-istainless steel 316 ġeneralment mhuwiex rakkomandat għal applikazzjonijiet ta 'aktar minn 25 W/cm² f'ilma jagħli, irrispettivament mill-ħxuna tal-ħajt. Il-marġni għall-fluss kritiku tas-sħana huwa żgħir wisq, u kwalunkwe sitwazzjoni temporanja bħal waqgħa fil-livell tal-ilma, varjazzjoni fil-pressjoni jew fouling tal-wiċċ jistgħu jikkawżaw burnout. F'każijiet bħal dawn, l-inġiniera jistgħu jinvestigaw l-użu ta' Incoloy 825 jew heater miksi b'thermocouples inkorporati u regolazzjoni tal-qawwa attiva.

Approċċi ta' Disinn għall-Prevenzjoni ta' Burnout ta'-Għatijiet Irqiq tal-Ħitan
Tliet soluzzjonijiet ta' disinn jistgħu jtaffu r-riskju ta' burnout meta-għant 316 b'ħitan irqiq < 1.2 mm jeħtieġ li jintuża fis-servizz tal-ilma jagħli, ġeneralment għal rispons termali mgħaġġel. L-ewwel u l-aktar importanti huwa li tiġi stabbilita sistema ta' kejl tat-temperatura żejda. Iż-żieda mgħaġġla fit-temperatura tat-togħlija tal-film tista 'tiġi sensata mit-thermocouple ikklampjat fuq il-wiċċ tal-għant jew mid-ditekter tat-temperatura tar-reżistenza mdaħħal fl-MgO f'1-2 sekondi, li jqanqal il-qtugħ tal-enerġija qabel ma l-wajer ikun bil-ħsara. It-tieni teknika hija li taħdem b'limitatur fiss tal-qawwa li jillimita d-densità tal-watt biex ma taqbiżx it-80% tal-fluss tas-sħana kritika kkalkulat ibbażat fuq il-kwalità tal-ilma. Dan jista' jillimita l-operazzjoni għal 40–50 W/cm² għall-ilma demineralizzat, li għadu għoli iżda jagħti xi buffer. It-tielet teknika hija li tittejjeb iċ-ċirkolazzjoni tal-ilma fuq il-wiċċ tal-għant. Il-fluss kritiku tas-sħana tat-togħlija tal-konvezzjoni sfurzata jista 'jkun tliet darbiet akbar minn dak tat-togħlija tal-pool. Il-limitu operattiv sikur jista 'jiżdied minn 100 W/cm 2 sa 300 W/cm 2 bl-użu ta' pompa ta 'ċirkolazzjoni jew aġitatur. Jekk dawn it-tattiċi ma jiġux impjegati, għant b'ħitan ħoxnin huwa l-aktar metodu faċli u affidabbli biex jipprevjeni l-burnout f'applikazzjonijiet ta 'ilma jagħli. Il-penali tal-effiċjenza termali tal-ħajt oħxon hija aċċettabbli għall-vantaġġi ta 'sikurezza u affidabbiltà.