U rezervoarima sa pregradama-koji se koriste za miješanje, hemijske reakcije i prijenos topline-prostor između pregrade i stijenke rezervoara stvara zaobilazni kanal protoka. Ako se PFA grijač postavi u ovaj kanal, brzina protoka pored grijača mora biti dovoljna da održi prijenos topline i spriječi lokalizirano pregrijavanje. Minimalna brzina premosnice za PFA grijače u vodovodu je 0,3–0,5 m/s kako bi se temperatura površine PFA održala unutar 10 stepeni tečnosti u rasutom stanju pri tipičnim gustoćama u vatima (3–5 W/cm²). Za dati razmak između pregrade (razmak između ivice pregrade i stijenke rezervoara), prečnik grijača se mora odabrati tako da je površina poprečnog-poprečnog presjeka zaobilaznog kanala oko grijača dovoljno velika da održi brzinu. Pravilo: OD grijača treba biti manji ili jednak 50% širine otvora pregrade. Za razmak između pregrade od 100 mm, maksimalni vanjski promjer grijača je 50 mm. Za razmak od 50 mm, maksimalni vanjski vanjski dio grijača je 25 mm. Veći grijači guše protok, smanjujući brzinu i uzrokujući pregrijavanje.
Proračun brzine zaobilaženja protoka
Brzina u zazoru pregrade je v=Q / A, gdje je Q zapreminski protok iz miješalice ili recirkulacijske pumpe, a A je površina poprečnog -prozora koji grijač ne zauzima. Ukupna širina zazora je W, OD grijača je D, a visina rezervoara je H (pretpostavlja se da je potpuno potopljen). Slobodno područje A_free=(W - D) × H. Ako se D približi W, A_free se približi nuli, brzina dramatično opada. Da bi se održao v veći ili jednak 0,3 m/s, A_free mora biti veći ili jednak Q / 0,3. Za tipičan rezervoar sa mešalicom koja isporučuje Q=0.05 m³/s (3 m³/min), H=2 m, potrebno je A_free=0.05 / 0.3=0.167 m². Zatim (W - D) × 2=0.167, pa W - D=0.0835 m=83.5 mm. Ako je W=150 mm, maksimalno D=150 - 83.5=66.5 mm. Radila bi grijalica od 65 mm. Ako je W=100 mm, maksimalno D=100 - 83.5=16.5 mm-vrlo mali grijač. U ovom slučaju, grijač se ne može postaviti u otvor između pregrade; mora se premjestiti.
Za rezervoare sa prirodnom konvekcijom (bez pumpe, bez mešalice), brzina protoka se generiše uzgonom. Maksimalni porast brzine duž grijača je približno v=√(2 × g × × ΔT × L), gdje je g=9.81 m/s² koeficijent toplinske ekspanzije (0,0004/ stepen za vodu), ΔT je temperaturna razlika između površine grijača i mase (10 stepeni), a L je dužina grijača (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-najmanje. Svako ograničenje koje smanjuje ovu brzinu rizikuje pregrijavanje. Za prirodnu konvekciju, prečnik grejača treba da bude manji ili jednak 30% širine pregrade kako bi se izbeglo gušenje.
Tabela za odabir prečnika grijača u odnosu na pregradu
| Širina zazora (mm) | Flow Type | Minimalni potrebni v (m/s) | Maksimalni vanjski vanjski dio grijača (mm) za v Veći ili jednak min | Preporučeni vanjski promjer grijača (mm) | Bilješke |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | Prisilno (pumpa, miješalica) | 0.3 | 25 | 20–25 | Čvrsto, ali izvodljivo |
| 50 | Prirodna konvekcija | 0.25 | 15 | 12–16 | Vrlo mali grijač |
| 75 | Prisilno | 0.3 | 40 | 32–38 | Dobro |
| 75 | Prirodno | 0.25 | 22 | 20–25 | Prihvatljivo |
| 100 | Prisilno | 0.3 | 58 | 50 | Standard |
| 100 | Prirodno | 0.25 | 30 | 25 | OK |
| 125 | Prisilno | 0.3 | 83 | 75 | Moguć veliki grijač |
| 150 | Prisilno | 0.3 | 108 | 100 | Tipično za velike rezervoare |
| 200 | Prisilno | 0.3 | 158 | 150 | Može stati više grijača |
Posljedice prevelikog grijača u pregradi
Ako je promjer grijača prevelik za otvor između pregrade (D > 0,6 × W za prisilni protok, D > 0,3 × W za prirodnu konvekciju), javljaju se tri problema:
Stagnacija protoka: Brzina pada ispod 0,2 m/s. Koeficijent prolaza toplote h pada sa 500–1.000 W/m²·K na 100–300 W/m²·K. Za konstantnu gustinu u vatima, temperatura površine PFA raste za 20-50 stepeni.
Lokalizirano pregrijavanje: Najtoplija tačka je na donjoj strani grijača (u buđenju). Temperaturna razlika između uzvodno i nizvodno može doseći 20-30 stepeni, uzrokujući neujednačen termički stres.
Ubrzano skaliranje: Mala brzina omogućava da se mehurići i čestice zalepe za grejač, formirajući kamenac i biofilmove. Vaga dodatno smanjuje prijenos topline, stvarajući pozitivnu povratnu petlju.
Terenski pregled prevelikog grijača u međuprostoru pokazuje jasan obrazac: PFA je požutjela ili smeđa na donjoj strani, s bijelim naslagama kamenca. Uzvodna strana može izgledati normalno. Ako se promatra ovaj obrazac, grijač je prevelik za razmak.
Alternative za instalaciju kada je razmak premali
Ako potrebni promjer grijača premašuje maksimalno dozvoljeni zazor u pregradi, razmotrite ove alternative:
Premjestite grijač: Montirajte grijač u sredinu spremnika (dalje od pregrada) ili u recirkulacijsku petlju. Montaža u sredini često ima veću brzinu protoka od pregrada.
Koristite više manjih grijača: Umjesto jednog grijača od 50 mm, koristite dva grijača od 25 mm. Ukupna površina (i snaga) može biti ista, ali svaki manji grijač ima niže ograničenje protoka.
Povećajte razmak između pregrade: Ako dizajn rezervoara dozvoljava, povećajte W pomicanjem pregrada ili obrezanjem rubova pregrade. Dodavanje 25 mm razmaku omogućava grijač od 50 mm gdje prije stane samo 32 mm.
Dodajte akcelerator protoka: Ugradite mali eduktor ili mlaznicu u otvor pregrade kako biste povećali lokalnu brzinu. Mlaznica troši nešto energije pumpe, ali obnavlja prijenos topline.
Primjer polja
Rezervoar za miješanje od 5.000 L imao je razmak između pregrade od 80 mm. Postrojenje je instaliralo 63 mm PFA grijač (79% zazora). Brzina protoka (izmjerena) bila je 0,12 m/s. Grejač se povećao u roku od 3 meseca, a površinska temperatura PFA dostigla je 115 stepeni u vodi od 70 stepeni (porast od 45 stepeni). Postrojenje ga je zamenilo sa dva grejača od 25 mm (ukupne snage iste) postavljena sa obe strane pregrade. Brzina oko svakog grijača je bila 0,35 m/s. Smanjen je kamenac, temperatura površine je pala na 85 stepeni, a životni vek grejača je produžen sa 6 meseci na 5 godina. Cijena dva grijača (2 × 500=500=1.000) bila je veća od jednog grijača od 63 mm (800 USD), ali duži vijek trajanja i smanjeno vrijeme zastoja su se vratili u roku od 18 mjeseci.
Zaključak: OD grijača manji ili jednak 0,5 × razmak pregrade za prisilni protok
Za PFA grijač instaliran u zazoru pregrade, odaberite promjer grijača tako da je OD manji ili jednak 0,5 × širina pregrade (W) za prisilni protok (pumpani ili uznemireni), a OD manji ili jednak 0,3 × W za prirodnu konvekciju. Ovo osigurava dovoljno slobodne površine za održavanje minimalne brzine protoka od 0,3 m/s (prisilno) ili 0,25 m/s (prirodno). Preveliki grijači guše protok, uzrokujući nisku brzinu, visoku površinsku temperaturu, ubrzano stvaranje kamenca i prijevremeni kvar. Izmjerite razmak, izračunajte maksimalnu dozvoljenu OD i odaberite u skladu s tim. Ako potrebni OD premašuje granicu, premjestite grijač ili koristite više manjih grijača. Razmak između pregrade služi za protok, a ne za punjenje najvećeg mogućeg grijača. Poštujte razmak, dimenzionirajte grijač, održavajte protok. Vaš grijač će vam zahvaliti godinama rada.
