Kemična tovarna je naročila dva PTFE potopna grelnika za enake rezervoarje. Eden je imel 1,5 mm PTFE plašč. Drugi je imel 2,5 mm ovoj. Oba sta bila ocenjena za enako moč in napetost. Po osemnajstih mesecih je grelnik s tanko-plastjo še vedno dobro deloval. Grelnik z debelim-plaščem ni odpovedal-ne zaradi prepustnosti, ampak zaradi lokalnega pregrevanja. Debelejši ovoj je dodal dovolj toplotne odpornosti, da je površinsko temperaturo potisnil v območje degradacije.
Debelina plašča je ena najbolj pomembnih odločitev v specifikaciji PTFE potopnega grelnika in ena najmanj razumljenih. Debelejši ovoj zagotavlja daljšo prepustno pot in boljšo mehansko vzdržljivost. Doda pa tudi toplotno odpornost, s čimer zviša površinsko temperaturo za katero koli dano gostoto v vatih. Varna gostota vatov je odvisna od debeline plašča.
Toplotna odpornost PTFE plašča
Toplota mora preiti PTFE plašč, preden doseže procesno tekočino. Toplotni upor plašča je sorazmeren z njegovo debelino in obratno sorazmeren z njegovo toplotno prevodnostjo. Za PTFE pri 0,25 W/m·K 1,5 mm ovoj doda padec temperature za približno 6 stopinj pri 1,0 W/cm². 2,5 mm ovoj doda približno 10 stopinj. 3,5 mm ovoj doda približno 14 stopinj.
Ti padci temperature prispevajo k konvektivnemu padcu na površini in notranjim padcem čez polnilo in kovinski ovoj. Celotna površinska--razdalja določa dejansko delovno temperaturo polimera.
| Debelina plašča | Toplotna odpornost | Površinski ΔT pri 1,0 W/cm² | Površinski ΔT pri 1,5 W/cm² | Relativna prepustna pot |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Nizka | 4 stopinja | 6 stopinj | Kratek |
| 1,5 mm | Zmerno | 6 stopinj | 9 stopinj | Zmerno |
| 2,0 mm | Zmerno–visoko | 8 stopinj | 12 stopinj | dolgo |
| 2,5 mm | visoko | 10 stopinj | 15 stopinj | dlje |
| 3,0 mm | Zelo visoko | 12 stopinj | 18 stopinj | Najdaljša |
Toplotna odpornost in prepustna pot za običajne debeline PTFE plašča
Zakaj se varna vatna gostota zmanjšuje z večanjem debeline plašča
Varna vatna gostota je vatna gostota, ki ohranja temperaturo površine znotraj varnega območja za polimer. Ko se debelina plašča poveča, se toplotni upor poveča, zato se površinska temperatura dvigne za katero koli dano vatno gostoto. Da bi temperaturo površine ohranili v varnem območju, je treba gostoto v vatih zmanjšati.
Za 1,5 mm ovoj v kopeli pri 60 stopinjah lahko gostota vatov 1,4 W/cm² vzdržuje površinsko temperaturo pod 100 stopinj. Za 2,5 mm plašč v isti kopeli varna gostota vatov pade na 1,0–1,2 W/cm². Debelejši ovoj zahteva nižjo gostoto v vatih, da doseže enako površinsko temperaturo.
| Debelina plašča | Največja vatna gostota za površino<100°C | Največja vatna gostota za površino<110°C | Največja vatna gostota za površino<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Največja vatna gostota za različne debeline plašča in mejne vrednosti površinske temperature
Kompromis-med vzdržljivostjo in prenosom toplote
Debelejši ovoj zagotavlja boljšo mehansko vzdržljivost in daljšo prepustno pot. Zahteva pa tudi manjšo gostoto vatov, kar pomeni večjo površino za enako moč. Grelnik postane večji in dražji.
Optimalna debelina plašča je odvisna od uporabe. Za blago delovanje tanek ovoj (1,0–1,5 mm) zagotavlja ustrezno vzdržljivost in omogoča večjo gostoto v vatih. Za agresivne storitve zagotavlja debelejši ovoj (2,0–3,0 mm) boljšo kemično odpornost, vendar zahteva nižjo gostoto v vatih in večji grelec.
| Pogoj storitve | Priporočena debelina plašča | Največja vatna gostota | Relativna velikost grelnika |
|---|---|---|---|
| blago,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompakten |
| Zmerno, 60-70 stopinj | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Zmerno |
| Agresivno, 70–80 stopinj | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Večje |
| Zelo agresiven, 80–90 stopinj | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Največji |
| HF ali visoko{0}}temperaturna storitev | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Zelo velik |
Debelina plašča in priporočila za gostoto vatov glede na pogoje uporabe
Ujemanje debeline plašča z vatno gostoto
Debelino plašča in gostoto v vatih je treba izbrati skupaj. Debel ovoj z visoko vatno gostoto povzroči nesprejemljivo visoko površinsko temperaturo. Tanek ovoj z nizko vatno gostoto je toplotno učinkovit, vendar morda ne zagotavlja zadostne odpornosti proti prepustnosti v agresivni kemiji.
Praktičen pristop je, da najprej izberete debelino plašča na podlagi kemije in temperature, nato pa izberete gostoto v vatih, ki ohranja temperaturo površine v varnem območju za to debelino. 2,5 mm ovoj pri 1,0 W/cm² lahko deluje pri enaki površinski temperaturi kot 1,5 mm ovoj pri 1,4 W/cm², vendar debelejši ovoj zagotavlja boljšo odpornost proti prepustnosti in mehansko vzdržljivost.
Ko standardne debeline niso dovolj
Nekatere aplikacije zahtevajo debeline plašča ali kombinacije gostote vatov, ki jih standardni grelniki ne ponujajo. Rezervoar z visoko agresivno kemijo pri povišani temperaturi bo morda potreboval 3,0 mm ovoj pri 0,8 W/cm²-kombinacija, ki zahteva veliko površino in konfiguracijo po meri.
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri omogoča optimizacijo debeline plašča in gostote vatov za specifično uporabo. Postopek specifikacije zahteva kemijo kopeli, delovno temperaturo, mehanske dejavnike tveganja in zahtevano moč. Za objekte z zahtevnimi aplikacijami ta pristop bolj natančno uravnoteži vzdržljivost in prenos toplote kot standardni izbor izdelkov.
