Et kemisk anlæg erstattede en PTFE-dyppevarmer i et pletteringsbad efter ni måneders drift. Den samme varmelegememodel havde holdt fire år i en lignende tank på et andet anlæg. Forskellen var koncentrationen af opløste faste stoffer. Den mislykkede installation kørte et bad med 350 g/L opløste salte, mens den vellykkede installation kørte på 120 g/L. Den højere faststofkoncentration havde øget viskositeten og reduceret væskens termiske ledningsevne, hvilket sænkede den sikre watt-densitet.
Opløste faste stoffer påvirker varmeoverførslen på to måder. De øger væskens viskositet, hvilket fortykker det termiske grænselag ved varmelegemets overflade. De reducerer også væskens termiske ledningsevne, hvilket sænker den hastighed, hvormed varme bevæger sig gennem væsken. Den kombinerede effekt er en lavere konvektiv varmeoverførselskoefficient og en højere varmelegemeoverfladetemperatur for en given watt-densitet.
Hvordan opløste faste stoffer ændrer væskeegenskaber
Efterhånden som koncentrationen af opløste faste stoffer stiger, bliver væsken mere viskøs og mindre termisk ledende. Viskositetsforøgelsen er nogenlunde lineær med koncentration for de fleste salte. Faldet i termisk ledningsevne er mindre, men stadig målbart.
Et pletteringsbad med 300 g/L opløste salte kan have en viskositet to til tre gange viskositeten for vand ved samme temperatur. Den termiske ledningsevne kan være 10-15 % lavere. Den konvektive varmeoverførselskoefficient, som afhænger af begge egenskaber, kan være 25-40 % lavere end vand.
| Opløste faste stoffer | Relativ viskositet | Relativ termisk ledningsevne | Konvektiv koefficient vs. vand | Sikker watt-tæthed |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm² |
Koncentration af opløste faste stoffer og dens effekt på væskeegenskaber og sikker watt-densitet
Hvorfor den samme varmelegememodel fejler ved høje faststofindhold
Et varmelegeme, der fungerer ved 1,2 W/cm² i et bad med lavt-faststofindhold, kan have en overfladetemperatur på 15-18 grader over bulkvæsken. Den samme varmelegeme i et bad med højt-faststofindhold kan have en overfladetemperatur på 25-35 grader over bulken. Den højere overfladetemperatur accelererer gennemtrængning, oxidation og kedelstensaflejring.
Den højere overfladetemperatur øger også drivkraften for deponering. Opløste salte, der er tæt på mætning ved bulktemperaturen, kan overstige mætning ved varmelegemets overflade. De præcipiterer på overfladen og danner et skællag, der tilføjer termisk modstand og hæver overfladetemperaturen yderligere.
Praktiske Watt-tæthedsgrænser for bade med høje-faste stoffer
For bade med opløste faste stoffer over 250 g/L er den sikre watt-densitet 0,8-1,0 W/cm² under moderat omrørte forhold. For bade over 350 g/L falder grænsen til 0,6–0,8 W/cm². Disse værdier antager en temperaturgrænse på varmelegemets overflade på 100–110 grader.
| Opløste faste stoffer | Temperatur | Sikker watt-tæthed | Overfladeareal til 5 kW | Forventet levetid |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 grader | 1,4 W/cm² | 3.571 cm² | 4-6 år |
| 100–200 g/L | 60 grader | 1,2 W/cm² | 4.167 cm² | 3-4 år |
| 200–300 g/L | 60 grader | 1,0 W/cm² | 5.000 cm² | 2-3 år |
| 300–400 g/L | 60 grader | 0,8 W/cm² | 6.250 cm² | 18-30 måneder |
| >400 g/L | 60 grader | 0,6 W/cm² | 8.333 cm² | 12-24 måneder |
Sikker watt-tæthed og krav til overfladeareal ved koncentration af opløste faste stoffer
Måling af opløste faste stoffer
Koncentrationen af opløste faste stoffer kan måles ved at inddampe en prøve af badet og veje resten. Målingen skal udføres ved driftstemperatur eller korrigeres til driftstemperatur.
En ledningsevnemåler giver et hurtigt estimat af opløste faste stoffer. Konduktiviteten korrelerer med koncentrationen for de fleste pletteringsbade. Forholdet bør kalibreres for den specifikke badkemi.
Når standardvarmere ikke kan opfylde kravene til watt-densitet
Høje-faste pletteringsbade med høje wattkrav og begrænset perifer plads kan ofte ikke rumme standard PTFE dykvarmere ved de lave watt-tætheder, som kemien kræver. En brugerdefineret PTFE-elvarmerkonfiguration med et stort overfladeareal, en lav watt-tæthed og en flow-optimeret position adresserer årsagen til uoverensstemmelse med watt-tætheden. Specifikationsprocessen kræver koncentrationen af opløste faste stoffer, driftstemperatur, tankdimensioner, flowforhold og påkrævet watt. Til faciliteter med bade med højt-faststofindhold reducerer denne applikations-specifikke tilgang nedbrydning af belægningen og forlænger varmeapparatets levetid.
