एक रासायनिक संयंत्र में 6 किलोवाट पीटीएफई विसर्जन हीटर नष्ट हो गया जब एक रीसर्क्युलेशन पंप प्ररित करनेवाला घिस गया और प्रवाह लगभग 60% कम हो गया। थोक द्रव का तापमान निर्धारित बिंदु के 3 डिग्री के भीतर रहा। नियंत्रक को कोई समस्या नहीं दिखी. लेकिन हीटर की सतह का तापमान उस बिंदु से ऊपर पहुंच गया था जहां सतह पर तरल पदार्थ वाष्पीकृत होने लगा था। एक वाष्प कंबल बन गया, गर्मी हस्तांतरण ध्वस्त हो गया, और पीटीएफई कुछ ही घंटों में फफोला और टूट गया।
पीटीएफई विसर्जन हीटर के लिए वाष्प ब्लैंकेटिंग सबसे अचानक विफलता मोड है। पारगम्यता या थकान के विपरीत, जो महीनों में विकसित होती है, कंबल ओढ़ने से एक ही पारी में हीटर नष्ट हो सकता है। ट्रिगर लगभग हमेशा हीटर की सतह पर प्रवाह वेग में गिरावट होती है-वह स्थिति जो यह निर्धारित करती है कि गर्मी हीटर को इतनी तेजी से छोड़ सकती है कि वह तरल के क्वथनांक से नीचे रह सके।
थोक उबालने से पहले वाष्प कंबलिंग क्यों होती है?
थोक उबलना तब होता है जब संपूर्ण तरल पदार्थ अपने क्वथनांक तक पहुँच जाता है। वाष्प कंबलिंग हीटर की सतह पर होती है जबकि थोक तरल उबलने से काफी नीचे रहता है। तंत्र सीधा है: हीटर की सतह का तापमान हमेशा थोक द्रव तापमान से अधिक होता है। यदि अंतर काफी बड़ा है, तो हीटर के संपर्क में आने वाला तरल पदार्थ अपने क्वथनांक तक पहुंच जाता है, भले ही आसपास का तरल पदार्थ अपने क्वथनांक तक नहीं पहुंचता है।
80 डिग्री पर पानी के लिए, वायुमंडलीय दबाव पर क्वथनांक 100 डिग्री है। बल्क से 25 डिग्री ऊपर चलने वाला एक हीटर स्थानीय क्वथनांक से 105 डिग्री - ऊपर बैठता है। हीटर की सतह पर वाष्प के बुलबुले बनते हैं। यदि प्रवाह पर्याप्त है, तो बुलबुले अलग हो जाते हैं और ठंडे थोक द्रव में ढह जाते हैं। यदि प्रवाह कमजोर है, तो बुलबुले एक वाष्प कंबल में एकत्रित हो जाते हैं जो हीटर को इन्सुलेट करता है।
एक बार जब कंबल बन जाता है, तो गर्मी हस्तांतरण समाप्त हो जाता है। हीटर की सतह का तापमान अक्सर सेकंड के भीतर पीटीएफई गिरावट सीमा तक बढ़ जाता है। पॉलिमर नरम हो जाता है, फफोले पड़ जाते हैं और दरारें पड़ जाती हैं। विफलता अपरिवर्तनीय है.
| हीटर पर प्रवाह वेग | हीटर ΔT 1.2 W/cm² पर | हीटर का तापमान 80 डिग्री थोक पर | वाष्प कंबलिंग जोखिम | न्यूनतम सुरक्षित वेग |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | 6-10 डिग्री | 86-90 डिग्री | कोई नहीं | - |
| 0.3–0.5 m/s | 10-15 डिग्री | 90-95 डिग्री | कम | पर्याप्त |
| 0.15–0.3 m/s | 15-22 डिग्री | 95-102 डिग्री | मध्यम | सीमांत |
| 0.05–0.15 m/s | 22-35 डिग्री | 102-115 डिग्री | उच्च | न्यूनतम से नीचे |
| <0.05 m/s | 35-50 डिग्री | 115-130 डिग्री | बहुत ऊँचा | असुरक्षित |
80 डिग्री पर जलीय स्नान में पीटीएफई विसर्जन हीटर के लिए प्रवाह वेग और वाष्प ब्लैंकेटिंग जोखिम
न्यूनतम वेग सीमा
वाष्प कंबलिंग को रोकने के लिए आवश्यक न्यूनतम प्रवाह वेग द्रव, वाट घनत्व और थोक तापमान पर निर्भर करता है। 60-80 डिग्री पर पानी आधारित स्नान और 1.0-1.5 डब्लू/सेमी² की वाट घनत्व के लिए, कम से कम 0.15 मीटर/सेकेंड का हीटर सतह वेग आम तौर पर वाष्प के बुलबुले को एकजुट होने से पहले अलग करने के लिए पर्याप्त होता है।
0.15 मीटर/सेकेंड से नीचे, मार्जिन तेजी से कम हो जाता है। 0.1 मी/से. पर, हीटर का थोक अंतराल 25 डिग्री से अधिक हो सकता है, जिससे हीटर की सतह का तापमान 70 डिग्री से ऊपर के स्नान में स्थानीय क्वथनांक से अधिक हो जाता है। 0.05 मीटर/सेकंड पर प्रभावी ढंग से स्थिर {{10} अंतराल 40 डिग्री से अधिक हो सकता है, और 60 डिग्री से ऊपर के स्नान में वाष्प कंबलिंग शुरू हो जाती है।
चिपचिपे तरल पदार्थों के लिए न्यूनतम वेग अधिक होता है। पानी की चिपचिपाहट से तीन गुना अधिक चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ को समान सीमा परत मोटाई प्राप्त करने के लिए लगभग 1.5 गुना वेग की आवश्यकता होती है। 55 डिग्री पर निकल सल्फामेट के लिए, 1.2 डब्लू/सेमी² पर सुरक्षित संचालन के लिए न्यूनतम वेग लगभग 0.25 मीटर/सेकेंड है।
| द्रव प्रकार | ऑपरेटिंग तापमान पर चिपचिपाहट | न्यूनतम वेग 1.0 W/cm² पर | न्यूनतम वेग 1.5 W/cm² पर |
|---|---|---|---|
| पानी | 0.5 एमपीए·एस | 0.10 m/s | 0.15 m/s |
| जलमिश्रित अम्ल | 0.7 एमपीए·एस | 0.12 m/s | 0.18 m/s |
| वत्स निकेल | 2.0 एमपीए·एस | 0.18 m/s | 0.28 m/s |
| निकेल सल्फामेट | 3.5 एमपीए·एस | 0.22 m/s | 0.35 m/s |
| इलेक्ट्रोलेस निकल | 4.5 एमपीए·एस | 0.25 m/s | 0.40 m/s |
पीटीएफई विसर्जन हीटर प्रतिष्ठानों में वाष्प कंबलिंग को रोकने के लिए न्यूनतम प्रवाह वेग
टैंक का स्तर प्रवाह माप गुमराह क्यों करता है?
हीटर की सतह पर प्रवाह वेग लगभग हमेशा टैंक के औसत वेग से कम होता है। स्पार्ज पाइप और एडक्टर्स को हीटर के आसपास नहीं, बल्कि वर्कपीस के चारों ओर तरल पदार्थ ले जाने के लिए तैनात किया जाता है। हीटर अक्सर एक कोने में, रैक गाइड के पीछे, या इनलेट के सामने एक दीवार पर बैठता है जहां स्थानीय वेग थोक औसत का एक अंश होता है।
प्लेटिंग टैंकों में फ़ील्ड माप लगातार टैंक औसत से 30-70% कम हीटर स्तर वेग दिखाते हैं। मृत क्षेत्रों में, कमी 80-90% हो सकती है। 0.3 मीटर/सेकेंड के नाममात्र वेग वाले एक टैंक में हीटर की सतह पर केवल 0.05-0.1 मीटर/सेकेंड हो सकता है।
यही कारण है कि सुरक्षित हीटर संचालन को सत्यापित करने के लिए टैंक स्तर के प्रवाह माप का उपयोग नहीं किया जा सकता है। माप हीटर के स्थान पर लिया जाना चाहिए, या हीटर को पर्याप्त मार्जिन के साथ ज्ञात उच्च प्रवाह क्षेत्र में रखा जाना चाहिए।
सुरक्षित वेग बनाए रखने के व्यावहारिक उपाय
हीटर को मुख्य प्रवाह पथ में रखें। उच्चतम वेग और सबसे समान प्रवाह टैंक के केंद्र में या सीधे परिसंचरण इनलेट के अनुरूप होता है। कोनों, बैफल्स के पीछे और ओवरफ्लो मेड़ के पास से बचें।
हीटर की ओर निर्देशित एक समर्पित एडक्टर या स्पार्ज पाइप का उपयोग करें। हीटर से 150-250 मिमी की दूरी पर स्थित और हीटर की सतह पर लक्षित एक छोटा एडक्टर नोजल स्थानीय वेग को 0.3-0.5 मीटर/सेकेंड तक बढ़ा देता है। हीटर पर सुरक्षित वेग बनाए रखने के लिए यह सबसे विश्वसनीय तरीका है।
परिसंचरण के नुकसान का पता लगाने के लिए एक प्रवाह स्विच या दबाव अंतर सेंसर स्थापित करें। यदि प्रवाह सुरक्षित सीमा से नीचे चला जाता है तो पंप डिस्चार्ज लाइन में एक प्रवाह स्विच हीटर की बिजली काट देता है। स्विच मुख्य नियंत्रण प्रणाली से स्वतंत्र होना चाहिए और मैन्युअल रीसेट की आवश्यकता होनी चाहिए।
निम्न - प्रवाह क्षेत्रों में वाट घनत्व कम करें। यदि हीटर को ऐसे स्थान पर संचालित करना है जहां प्रवाह 0.15 मीटर/सेकेंड से ऊपर नहीं रखा जा सकता है, तो हीटर की सतह के तापमान को स्थानीय क्वथनांक से नीचे रखने के लिए वाट घनत्व को कम किया जाना चाहिए। स्थिर क्षेत्रों में, सुरक्षित वाट घनत्व 0.6–0.8 W/cm² है।
जब मानक हीटर सुरक्षित वेग बनाए नहीं रख पाते
जटिल आंतरिक फिक्स्चर और सीमित परिसंचरण वाले टैंक अक्सर प्रवाह वेग प्रदान नहीं कर सकते हैं जो सुरक्षित हीटर संचालन की मांग करता है। एक हीटर जो मुख्य टैंक वॉल्यूम में अच्छी तरह से काम करता है, एक कोने में या किसी फिक्स्चर के पीछे प्रवाह की कमी हो सकती है।
प्रवाह की अनुकूलित स्थिति, एक समर्पित एडक्टर और कम वाट घनत्व के साथ एक कस्टम पीटीएफई विसर्जन हीटर कॉन्फ़िगरेशन प्रवाह भुखमरी के मूल कारण को संबोधित करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए टैंक आयाम, परिसंचरण लेआउट, हीटर की स्थिति, स्नान रसायन विज्ञान और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। एकाधिक टैंकों वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन - विशिष्ट दृष्टिकोण वाष्प ब्लैंकेटिंग जोखिम को कम करता है और हीटर सेवा जीवन को बढ़ाता है।
