Didelio-klampumo alyvose (1 000–100 000 cP, Pr > 500) temperatūros matavimo delsa nuo įprastų termošuoliukų gali viršyti 5–10 minučių, todėl proceso valdymas prastai. Integruotas apsauginis šulinys-aklina anga, visam laikui suformuota į PFA apvalkalą,{10}}sumažina atsilikimą, temperatūros jutiklį pastatydamas tiesiai į šildomą zoną be oro tarpo. Pagrindiniai projektavimo parametrai yra šie: šilumnešio sienelės storis (0,5–1,0 mm, o ne visa PFA sienelė), medžiaga (PFA arba plonasienis metalas) ir užpildas (terminė pasta arba mažai besilydantis lydinys). 2 mm PFA šildytuvo sienelėje suformuotas 0,5 mm dugno storio PFA termošuolis, užpildytas termine pasta, sumažina alyvos atsilikimą iki 20–40 sekundžių 80 laipsnių temperatūroje. Į PFA įmontuotas metalinis termo šulinys (1 mm OD, 0,2 mm sienelė) sumažina atsilikimą iki 5–15 sekundžių. Integruota konstrukcija pašalina jutiklio poveikį agresyviai alyvai išlaikant atsako greitį.
Vėlavimo šaltiniai ir mažinimo strategijos
Įprastame išoriniame šilumnešyje (suvirintas arba prispaustas prie šildytuvo) atsilikimas kyla iš trijų šaltinių: (1) šilumos laidumo per alyvos ribinį sluoksnį (dominuoja didelio -klampumo alyvose), (2) laidumo per termošaudyklės sienelę ir (3) konvekciją per oro tarpą tarp jutiklio ir šulinio. Didelio-klampumo alyvoms alyvos ribinis sluoksnis yra didžiausias atsparumas šilumos perdavimui (h_alyva=50–200 W/m²·K). Integruotas termo šulinys pašalina oro tarpą ir sumažina laidumo kelią.
Atsilikimo mažinimo veiksniai:
Naudojant ploną dugno storį (0,5 mm, palyginti su . 2 mm), laidumo atsilikimas sumažėja 4 kartus.
Užpildykite termo šulinį termo pasta (k ≈ 3–5 W/m·K) pašalina oro tarpą.
Vietoj PFA (k≈0,2 W/m·K) naudokite metalinį termo šulinį (nerūdijančio plieno, k≈15 W/m·K), kad jutimo antgalis pagerintų atsaką 10–20 kartų.
Thermowell dizaino parinktys PFA šildytuvams
| Dizainas | Statyba | Sienelės storis (mm) | Užpildymo medžiaga | Laiko konstanta τ (sekundės, 10 000 cP alyvoje 80 laipsnių temperatūroje) | Vėlavimas iki 90 % (sekundėmis) | Cheminis Atsparumas | Išlaidų padidėjimas |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Išorinis spaustukas-įjungtas | Metalinis spaustukas + jutiklis | N/A (išorinis) | Oras | 120–240 | 280–550 | Geras (išorinis jutiklis) | 5% |
| Išorinis suvirintas termošuolis | Metalas gerai privirintas prie šildytuvo flanšo | 1,5 (metalas) | Oras | 60–120 | 140–280 | Puikiai | 15% |
| Integruota PFA aklina anga | Formuota PFA kišenė | 1.0 | Oras | 40–80 | 95–185 | Puikiai | 20% |
| Integruota PFA + pasta | Formuota PFA kišenė | 0.8 | Terminė pasta (k=3 W/m·K) | 12–20 | 30–45 | Puikiai | 25% |
| Integruotas PFA + plonas dugnas | Formuotas PFA su 0,5 mm dugnu | 0.5 | Įklijuoti | 8–12 | 20–28 | Puikiai | 30% |
| Metalinis įdėklas termo šulinys | Nerūdijančio plieno vamzdis (1 mm OD, 0,2 mm sienelė), įmontuotas į PFA | 0,2 (metalas) | Pasta arba lydinys | 3–5 | 7–12 | Geras (apdengtas metalu) | 40% |
| Inkapsuliuotas jutiklis | RTD arba TC formuojamas tiesiai į PFA (ne{0}}nuimamas) | 0 (jutiklis veikiamas) | Nėra | 1–2 | 3–5 | Puikus (PFA per jutiklis) | 50% (jutiklis nekeičiamas) |
Projektavimo gairės
For high-viscosity oil service (>5 000 cP), laikykitės šių taisyklių:
Minimalus termo šulinio dugno storis: 0,5 mm PFA, 0,2 mm metalui. Skiediklis gali plyšti arba nušliaužti.
Termo pasta: Naudokite boro nitrido arba aliuminio oksido užpildytą silikono pastą (k Didesnė arba lygi 3 W/m·K). Tepkite vakuume, kad pašalintumėte oro burbuliukus.
Jutiklio tipas: naudokite ploną-vielos termoporą (0,25 mm skersmens) arba ploną -plėvelę RTD (1 mm × 2 mm). Didesni jutikliai (6 mm skersmens) padidina atsilikimą.
Įdėjimas: Suraskite termo šulinį šilčiausiame šildytuvo taške (paprastai 100–200 mm nuo šaltojo galo, žr. 70 straipsnį). Aukštoms talpykloms naudokite du termošuolius (viršutinį ir apatinį) su vidurkiu.
Keičiamumas: Kritiniams procesams naudokite nuimamą jutiklį PFA termo šulinyje (nekapsuliuota). Termo šulinys lieka bakelyje; jutiklį galima ištraukti kalibravimui neišleidus.
Gamyba
Integruotas PFA šilumnešis susidaro formuojant šildytuvo šaltąją dalį arba šilumai{0}}suformuojant įdubą apvalkale. Dugno storis reguliuojamas įtvaro padėtimi. Metalinio įdėklo termošuoliui į formą įdedamas plonas -nerūdijančio plieno vamzdis; PFA yra įpurškiamas-aplink jį. Metalinis antgalis 5–10 mm išsikiša į PFA, užtikrindamas gerą šiluminį kontaktą. Metalas turi būti suderinamas su proceso skysčiu (316L – švelnus, Hastelloy – agresyvus). Nenaudokite vario ar aliuminio korozijos metu.
Lauko pavyzdys
Polimerų gamykla kaitino 50 000 cP dervą nuo 60 laipsnių iki 120 laipsnių, naudodama PFA šildytuvą su išoriniu termoporos spaustuku. Temperatūros delsa buvo 8 minutės, todėl viršijama 15 laipsnių ir derva degradavo. Gamykloje šildytuvas buvo pakeistas į integruotą PFA šilumnešio konstrukciją (dugno storis 0,6 mm, termo pasta). Atsilikimas sumažėjo iki 25 sekundžių. Temperatūros kontrolė pagerėjo iki ±1,5 laipsnio, o dervos irimas sustojo. 300 USD individualaus šildytuvo kaina atsipirko 3 partijomis.
Išvada: Integruotas Thermowell su pasta sumažina atsilikimą iki<30 Seconds
Didelio-klampumo alyvoms integruotas PFA termošuolis plonu dugnu (0,5–1,0 mm) ir termo pastos užpildu sumažina temperatūros matavimo delsą nuo 5–10 minučių iki 20–40 sekundžių-10–15 kartų. Norėdami greičiau reaguoti, nurodykite metalinį įdėklą (0,2 mm sienelė), įdėtą į PFA, pasiekdami 5–15 sekundžių vėlavimą. Integruota konstrukcija palaiko cheminį atsparumą, kol jutiklis yra milimetrų atstumu nuo proceso skysčio. Inkapsuliuoti jutikliai (ne{16}}išimami) reaguoja greičiau, tačiau jų negalima kalibruoti ar pakeisti. Pasirinkite pagal proceso kritiškumą. Didelio klampumo{19}}alyvose atsilikimas yra priešas. Plonos sienos, termo pasta ir metaliniai įdėklai užkariauja atsilikimą. Kurkite protingai, greitai reaguokite, tiksliai valdykite.
