Kemična tovarna je po devetih mesecih delovanja zamenjala potopni grelnik PTFE v kopeli za galvanizacijo. Isti model grelnika je zdržal štiri leta v podobnem rezervoarju v drugem objektu. Razlika je bila koncentracija raztopljenih trdnih snovi. Neuspela instalacija je izvajala kopel s 350 g/L raztopljenih soli, medtem ko je uspešna instalacija delovala pri 120 g/L. Višja koncentracija trdnih snovi je povečala viskoznost in zmanjšala toplotno prevodnost tekočine, kar je zmanjšalo varno gostoto v vatih.
Raztopljene trdne snovi vplivajo na prenos toplote na dva načina. Povečajo viskoznost tekočine, kar zgosti toplotno mejno plast na površini grelnika. Prav tako zmanjšajo toplotno prevodnost tekočine, kar zmanjša hitrost pretoka toplote skozi tekočino. Skupni učinek je nižji konvekcijski koeficient prenosa toplote in višja temperatura površine grelnika za katero koli dano gostoto v vatih.
Kako raztopljene trdne snovi spremenijo lastnosti tekočine
Ko se koncentracija raztopljenih trdnih snovi poveča, postane tekočina bolj viskozna in manj toplotno prevodna. Povečanje viskoznosti je pri večini soli približno linearno s koncentracijo. Zmanjšanje toplotne prevodnosti je manjše, vendar še vedno merljivo.
Plastirna kopel s 300 g/l raztopljenih soli ima lahko dva do trikrat večjo viskoznost kot voda pri isti temperaturi. Toplotna prevodnost je lahko 10–15 % nižja. Koeficient konvekcijskega prehoda toplote, ki je odvisen od obeh lastnosti, je lahko 25–40 % nižji od vode.
| Raztopljene trdne snovi | Relativna viskoznost | Relativna toplotna prevodnost | Konvekcijski koeficient proti vodi | Varna vatna gostota |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm² |
Koncentracija raztopljenih trdnih snovi in njen vpliv na lastnosti tekočine in varno vatno gostoto
Zakaj isti model grelnika odpove pri visoki vsebnosti trdnih snovi
Grelec, ki deluje pri 1,2 W/cm² v kopeli z malo-trdnimi snovmi, ima lahko površinsko temperaturo 15–18 stopinj nad temperaturo tekočine. Isti grelec v kopeli z visoko-trdno snovjo ima lahko površinsko temperaturo za 25–35 stopinj višjo od mase. Višja površinska temperatura pospeši prepustnost, oksidacijo in odlaganje vodnega kamna.
Višja površinska temperatura prav tako poveča gonilno silo za nanašanje. Raztopljene soli, ki so blizu nasičenosti pri skupni temperaturi, lahko presežejo nasičenost na površini grelnika. Izločijo se na površino in tvorijo plast vodnega kamna, ki poveča toplotno odpornost in dodatno zviša površinsko temperaturo.
Praktične meje vatne gostote za kopeli z visoko-trdno snovjo
Za kopeli z raztopljenimi trdnimi snovmi nad 250 g/L je varna vatna gostota 0,8–1,0 W/cm² v razmerah zmernega mešanja. Za kopeli nad 350 g/L se meja zniža na 0,6–0,8 W/cm². Te vrednosti predvidevajo mejno temperaturo površine grelnika 100–110 stopinj.
| Raztopljene trdne snovi | Temperatura | Varna vatna gostota | Površina za 5 kW | Pričakovana življenjska doba |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 stopinj | 1,4 W/cm² | 3.571 cm² | 4–6 let |
| 100–200 g/L | 60 stopinj | 1,2 W/cm² | 4.167 cm² | 3–4 leta |
| 200–300 g/L | 60 stopinj | 1,0 W/cm² | 5000 cm² | 2–3 leta |
| 300–400 g/L | 60 stopinj | 0,8 W/cm² | 6.250 cm² | 18–30 mesecev |
| >400 g/L | 60 stopinj | 0,6 W/cm² | 8.333 cm² | 12–24 mesecev |
Zahteve glede varne gostote in površine glede na koncentracijo raztopljenih trdnih snovi
Merjenje raztopljenih trdnih snovi
Koncentracijo raztopljenih trdnih snovi je mogoče izmeriti z izhlapevanjem vzorca kopeli in stehtanjem ostanka. Meritev je treba opraviti pri delovni temperaturi ali popraviti na delovno temperaturo.
Merilnik prevodnosti zagotavlja hitro oceno raztopljenih trdnih snovi. Prevodnost je v korelaciji s koncentracijo za večino kopeli za prevleko. Razmerje je treba umeriti za specifično kemijo kopeli.
Ko standardni grelniki ne morejo izpolniti zahteve po vatni gostoti
Kopeli za prevleko- z visoko trdnostjo z visokimi zahtevami po moči in omejenim perifernim prostorom pogosto ne morejo prilagoditi standardnih potopnih grelnikov PTFE pri nizki gostoti v vatih, ki jo zahteva kemija. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z veliko površino, nizko gostoto v vatih in položajem,-optimiziranim za pretok, odpravlja glavni vzrok neusklajenosti gostote vatov. Postopek specifikacije zahteva koncentracijo raztopljenih trdnih snovi, delovno temperaturo, dimenzije rezervoarja, pogoje pretoka in zahtevano moč. Za objekte s kopelmi z visoko-trdno trdno snovjo ta-specifični pristop zmanjša degradacijo prevleke in podaljša življenjsko dobo grelnika.
