Когато оразмерявате нагревател за нов резервоар, първият въпрос често е "Колко вата на галон?" Докато подробното изчисляване на топлинните загуби е идеално, бързите референтни стойности осигуряват полезна отправна точка-особено когато типът флуид значително променя отговора. Различните решения изискват различна плътност на мощността на единица обем и използването на едно правило за всички течности води или до бавно нагряване, или до повреда на оборудването. Методът за ватове-на-галон е груба насока за оразмеряване, базирана на типичните топлинни загуби на промишлени резервоари и желаните времена-нагряване, но трябва да се коригира за конкретния флуид, който се нагрява.
Концепцията за ватове на галон като насока за оразмеряване
Ватове на галон (W/gal) изразяват мощността на нагревателя, необходима за единица обем течност за поддържане или повишаване на температурата при средни условия. Този показател отчита топлинните загуби през стените на резервоара, изпарението на повърхността на течността и топлинните свойства на течността. За силно изолирани резервоари с изисквания за бавно{2}}нагряване са достатъчни по-ниски стойности W/gal. За неизолирани резервоари или нужди от бързо-нагряване са необходими по-високи стойности. Числата, предоставени по-долу, предполагат умерено изолиран резервоар (напр. 25–50 mm изолация), околна температура от 20°C и желано повишаване на температурата от 40–60°C.
Правило{0}}на-препоръки по тип решение
Вода и разредени водни разтвори
За вода, дейонизирана вода и повечето разредени водни разтвори (pH 6–8, ниско съдържание на твърди вещества), диапазонът на поддръжка от 10–15 W/gal обикновено е достатъчен за поддържане на температура срещу нормални топлинни загуби. За първоначално загряване-от температура на околната среда до 60–80°C в рамките на 2–4 часа се препоръчва 20–30 W/gal. Водата има висок специфичен топлинен капацитет (4,18 kJ/kg·K) и относително добра топлопроводимост, което позволява по-висока плътност на вата без локално прегряване. Горната граница на диапазона (15 W/gal за поддръжка) се отнася за неизолирани резервоари или такива със силно повърхностно разбъркване.
Масла и течности с-ниска проводимост
Маслата (минерално масло, термично масло, хидравлично масло) и други вискозни течности изискват значително по-малко мощност на галон поради тяхната по-ниска специфична топлина (1,8–2,4 kJ/kg·K) и лоша топлопроводимост. Диапазон на поддръжка от 5–8 W/gal е стандартен. Първоначалните стойности на-нагряване не трябва да надвишават 10–15 W/gal, тъй като по-високата концентрация на мощност причинява локално кипене на филма и разграждане на повърхността на PTFE. Често се наблюдава, че използването на 10 W/gal за поддръжка на масло води до преоразмеряване и бърза повреда на PTFE. По-точен метод включва изчисляване на необходимата мощност на базата на масата на маслото и специфичната топлина, след което тази мощност се разпределя върху дълга дължина на нагревателя, за да се поддържа плътността на вата под 0,8 W/cm².
Киселинни бани (покритие, ецване, анодиране)
Киселинните разтвори-като сярна киселина, солна киселина, хромова киселина и уплътнители от никелов ацетат-имат по-висока плътност и специфична топлина в много случаи от водата. Например, 20% сярна киселина има специфична топлина от приблизително 3,5 kJ/kg·K, но нейната плътност е около 1,14 kg/L, което води до обемен топлинен капацитет, подобен или по-висок от този на водата. Следователно киселинните бани често изискват 20–30 W/gal за поддръжка и 40–60 W/gal за бързо загряване-. По-високите стойности отчитат агресивните топлинни загуби през стените на резервоара (много киселинни резервоари са направени от полипропилен или PVDF, които са лоши изолатори) и необходимостта от поддържане на точна температура за качество на покритието. Въпреки това плътността на PTFE нагревателя трябва да се поддържа на или под 1,5 W/cm², което може да изисква множество дълги нагреватели, а не една къса единица с висока-мощност.
Ролята на границите на плътността на ватовете
Критично ограничение, което отменя всяко правило за ватове-на-галон, е максималната допустима плътност на ватове за PTFE нагреватели: 1,5 W/cm². Общата мощност трябва да бъде разпределена върху достатъчна повърхност на обвивката, за да остане под тази граница. За отопление с нафта безопасната плътност на ватове е много по-ниска-обикновено 0,5–0,8 W/cm²-поради лоша топлопроводимост и риска от коксуване. Следователно нагревател от 6 kW за резервоар за масло може да се нуждае от нагрята дължина 2–3 пъти по-дълга от нагревател от 6 kW за вода. На практика, когато се изчисляват ватове на PTFE нагревател на галон за масло, общата мощност умишлено се поддържа ниска (5–8 W/gal), така че дори скромната повърхност на нагревателя да остане под 0,8 W/cm².
За киселинни вани, изискващи 30 W/gal, общата мощност може да бъде висока. Ако обемът на резервоара е 100 галона, това предполага 3000 W (3 kW) за поддръжка. При 1,5 W/cm² необходимата нагрята повърхност е 2000 cm². Типичен PTFE нагревател с диаметър 25 mm има повърхностна площ от приблизително 78,5 cm² на 100 mm дължина. По този начин е необходима нагрята дължина от около 2550 mm (2,55 метра). Това може да се постигне с два или три прави вертикални нагревателя или дълъг L-образен дизайн.
Важни предупреждения
Тези стойности на ватове-на-галон са начални прогнози, а не окончателни спецификации. Действителните изисквания за мощност зависят от:
Изолация на резервоара: Неизолираните стоманени или пластмасови резервоари могат да удвоят топлинните загуби.
Околна температура: Студените подове на цеховете (5–10°C) увеличават необходимостта от-загряване.
Желано време за загряване: Наполовина времето за загряване приблизително удвоява необходимата мощност.
Повърхностно разбъркване: Разпръскването на въздух или движението на части увеличава загубата на топлина от изпаряване.
Материал на резервоара: Металните резервоари отвеждат топлината навън; пластмасовите резервоари имат по-ниска топлопроводимост, но могат да имат по-тънки стени.
За прецизно оразмеряване се препоръчва изчисление на топлинните загуби, като се използва повърхността на резервоара, стойността на R-изолацията и желаната температурна разлика. Методът на ватове-на-галон се използва най-добре за първоначално бюджетиране или за малки резервоари (под 50 галона), където подробните изчисления са по-малко критични.
Заключение
Правилата за ват{0}}на-галон предлагат бърза оценка за оразмеряване на PTFE нагреватели: 10–15 W/gal за вода, 5–8 W/gal за масла и 20–30 W/gal за киселинни бани. Тези стойности служат като практическа отправна точка, но при окончателното оразмеряване трябва да се вземат предвид действителните топлинни загуби, желаното време за нагряване и критичната граница на плътност на PTFE от 1,5 W/cm² (намалена до 0,5–0,8 W/cm² за масла). Правилното оразмеряване избягва както недостатъчно нагряване (бавно производство, лошо качество на процеса), така и преждевременна повреда на нагревателя (сухо изпичане, разграждане на PTFE). За надеждна дългосрочна-работа указанията за ватове-на-галон трябва да се комбинират с проверка на повърхността и, когато е възможно, пълен термичен анализ на системата на резервоара.
