Проблемът с дълбокия резервоар
Съоръжение за съхранение на химикали работи с вертикални съдове от 4000 L, високи 3000 mm и широки само 1200 mm. Две PTFE нагревателни плочи са монтирани близо до дъното, всяка с дължина 1200 mm. Температурата в горната част на съда е с 8-10 градуса по-ниска от долната. Съхраняваният химикал изисква еднаква температура, за да поддържа вискозитет, но дъното е топло, а горната е студено. Операторите са опитали по-високи настройки на мощността, по-дълги цикли на нагряване и дори са добавили втори комплект плочи. Нищо не решава стратификацията.
Високите, тесни съдове представляват основно предизвикателство при нагряване. Топлината се повишава и във висока колона температурната разлика между дъното и горната част е предсказуема и постоянна.
Защо високите съдове се разслояват
Във висок съд нагрятата течност се издига по нагряващата повърхност до върха. В горната част той губи топлина към горното пространство и към стените на съда. След това охладената течност се спуска по противоположната стена. Това създава циркулационен кръг, но това не е напълно смесен контур-това е стратифицирана колона с топла течност, която се издига и хладна течност, спускаща се надолу.
Температурната разлика между издигащите се и низходящите потоци зависи от височината. За всеки метър височина на съда естественият температурен градиент е приблизително 3-5 градуса. В съд от 3000 мм това е 9-15 градуса разлика между дъното и горната част.
| Височина на съда | Естествен температурен градиент | Плочи само отдолу | Вертикално разпределени плочи |
|---|---|---|---|
| 1500 мм | 4-7 степен | 6-8 градуса разпространение | 2-3 градуса разпространение |
| 2 000 мм | 6-9 градуса | 8-12 градуса разпространение | 3-4 градуса разпространение |
| 2 500 мм | 8-12 градуса | 10-15 градуса разпространение | 3-5 градуса разпространение |
| 3000 мм | 9-15 градуса | 12-18 градуса разпространение | 4-6 градуса разпространение |
| 4000 мм | 12-20 градуса | 15-25 градуса разпространение | 5-8 градуса разпространение |
Предположение за-затопляне на дъното
Повечето планове за отопление предполагат, че поставянето на плочи на дъното е достатъчно. Логиката има смисъл-топлината се повишава, така че нагряването от дъното трябва да затопли целия съд. В плитки резервоари (дълбочина под 1500 мм) това работи сравнително добре. Нагрятата течност достига върха, преди да загуби твърде много топлина.
Във високите съдове нагрятата на дъното-течност губи топлина, докато се издига. Докато достигне върха, температурата е спаднала значително. Хладната течност, спускаща се отгоре, охлажда допълнително долните части. Крайният ефект е постоянен температурен градиент-в състояние, който само нагряването на дъното не може да се преодолее.
Стратегията за разпределени плочи
Разпределянето на нагревателни плочи на няколко височини по протежение на стената на съда нарушава модела на стратификация. Вместо една нагрята зона на дъното, множество зони загряват течността на различни височини, намалявайки температурната разлика между издигащите се и низходящите потоци.
Типично оформление за съд с диаметър 3000 mm използва три плочи: една на 300 mm от дъното, една на 1200 mm и една на 2100 mm. Всяка плоча се управлява независимо, като средната и горната плочи са поставени малко по-ниско от долната плоча, за да се предотврати прегряване.
Стратегията за разпределение на мощността
Плочите на различна височина не трябва да работят с еднаква мощност. Долната плоча има най-много работа-тя загрява течността, която се издига през целия съд. Горните плочи се нуждаят от по-малко енергия, тъй като течността, която нагряват, трябва да измине по-малко разстояние, преди да достигне върха.
Типично разпределение на мощността за оформление с три-плочи: долна плоча при 100% мощност, средна плоча при 70-80%, горна плоча при 50-60%. Общата мощност е подобна на разположението на една плоча, но разпределението предотвратява разслояването.
| Позиция на плочата | Препоръчителна мощност | Цел |
|---|---|---|
| Отдолу (300 мм нагоре) | 100% | Първичен вход за топлина, затопля цялата колона |
| Средна (1200 мм нагоре) | 70-80% | Подгрява отново надигащата се течност, предотвратява охлаждането |
| Горна (2100 мм нагоре) | 50-60% | Топлина в горната зона, намалява повърхностните загуби |
Едно-трето правило
Практическа насока за разстояние между плочите: разделете височината на съда на трети и поставете плочи по границите. В съд от 3000 mm, плочи на 1000 mm и 2000 mm, плюс долно нагряване. Това осигурява равномерно подаване на топлина на всяко ниво, предотвратявайки градиента на температурата отдолу-към-горе.
Правилото за една{0}}трета се отнася за съдове с височина над 2000 mm. За по-къси съдове е достатъчно разположение на две-плочи (дъно и една на 2/3 височина). За съдове, по-къси от 1500 mm, самото нагряване на дъното е подходящо за повечето приложения.
Практически съображения за инсталиране
Долен просвет: Долната плоча трябва да има достатъчно свободно пространство за циркулация. Най-малко 100-150 mm между дъното на плочата и дъното на съда позволява нагрятата течност да тече свободно.
Монтаж на странична стена: Плочите на страничните стени трябва да бъдат разположени така, че нагрятата течност да се издига по повърхността на стената. Поставянето на чинии твърде близо до центъра на стената намалява циркулацията.
Достъп за поддръжка: Плочите на различни височини изискват достъп на всяко ниво. Ако плавателният съд има ограничен достъп, оформлението трябва да бъде проектирано с оглед на поддръжката.
Кога да добавите тираж
В съдове, по-високи от 3500 mm, дори разпределеното нагряване може да не елиминира напълно стратификацията. За тези съдове се препоръчват циркулационни помпи. Бавна рециркулация-0,2-0,5 m/s-смесва течността достатъчно, за да предотврати разслояването, като същевременно добавя минимални оперативни разходи.
Съоръжение с 4500 mm съдове инсталира единична рециркулационна помпа с разпределено отопление и намалено разслояване от 12 градуса на 3 градуса. Помпата добави $500/година в разходите за електроенергия, но подобри качеството на продукта достатъчно, за да оправдае инвестицията.
Последователност на изпълнение
Измерете текущия градиент.Монтирайте термодвойки на интервали от 500 mm отдолу нагоре. Оставете съда да работи 24 часа и запишете температурния профил. Тези базови данни определят необходимата корекция.
Започнете с разпределени чинии.Промяната на оформлението осигурява най-голямото подобрение. Монтирайте плочите на една-трета позиция и настройте разпределението на мощността, както е описано. Измерете новия градиент след 24 часа.
Добавете тираж, ако е необходимо.Ако градиентът остане над 3-4 градуса след разпределено отопление, добавете рециркулационна помпа. Нискоскоростната циркулация нарушава стратификацията, без да увеличава значително потреблението на енергия.
Инвестицията в разпределено отопление обикновено се възвръща чрез подобрена консистенция на продукта. За приложения за съхранение на химикали цената на --специфицирания материал често надвишава цената на надстройката на отоплителната система с 3-5 пъти. Данните от множество съоръжения потвърждават, че температурни градиенти под 3 градуса са постижими с разпределено отопление в съдове с височина до 4000 mm. Отвъд тази височина циркулацията става важна.
