كيف يتم تصميم سخان PFA مزودًا ببويل حراري متكامل يقلل من التأخر في قياس درجة الحرارة في الزيوت-عالية اللزوجة؟

في الزيوت عالية اللزوجة (1000-100000 سنتي بواز، Pr> 500) قد يكون تأخر قياس درجة الحرارة في الآبار الحرارية النموذجية من 5 إلى 10 دقائق مما يؤدي إلى ضعف التحكم في العملية. إن الثقب الحراري المدمج، أو الثقب المسدود الذي يتم تشكيله بشكل دائم في غلاف PFA، يضع مستشعر درجة الحرارة مباشرة في المنطقة الساخنة دون وجود فجوة هوائية، وبالتالي تقليل زمن الوصول. عوامل التصميم الرئيسية هي: سمك الجدار الحراري (من 0.5 إلى 1.0 مم، وليس جدار PFA بالكامل)، والمواد (PFA أو -معدن رقيق الجدران) والحشو (معجون حراري أو سبيكة منخفضة - منصهرة). يعمل القاع الحراري المقولب PFA المملوء بسمك 0.5 مم والمملوء بالمعجون الحراري على تقليل الفارق إلى 20-40 ثانية للزيت عند درجة حرارة 80 درجة مع جدار سخان PFA بسمك 2 مم. ثيرموويل معدني (1 مم OD، 0.2 مم الجدار) في PFA يعطي فارقا من 5-15 ثانية. التصميم المتكامل لا يعرض المستشعر للزيت القاسي وفي الوقت نفسه يحافظ على سرعة رد فعله.

مصادر التأخر واستراتيجيات الحد منه
بالنسبة للبئر الحراري الخارجي النموذجي (المثبت أو الملحوم بالسخان)، هناك ثلاثة أسباب للتأخر: (1) توصيل الحرارة عبر الطبقة الحدودية للزيت (السائدة في الزيوت ذات اللزوجة العالية-)، (2) التوصيل عبر جدار البئر الحراري، و(3) الحمل الحراري عبر فجوة الهواء بين المستشعر والبئر. بالنسبة للزيوت عالية اللزوجة، فإن الطبقة الحدودية للزيت هي المقاومة الحرارية السائدة (h_oil=50–200 واط/م²·ك). يعمل البئر الحراري المتكامل على إزالة فجوة الهواء ويجعل مسار التوصيل أقصر.

عوامل تقليل التأخر لـ:

إن جعل الجزء السفلي أرق (0.5 مم مقابل . 2 مم) يقلل من زمن انتقال التوصيل بعامل 4.

تتم إزالة فجوة الهواء عن طريق ملء البئر الحراري بالمعجون الحراري (ك=3–5 وات/م·ك).

طرف الاستشعار: تحسين بمقدار 10-20× استخدام المعدن الحراري (الفولاذ المقاوم للصدأ، k≈15 وات/م·ك) بدلاً من PFA (ك≈0.2 وات/م·ك).

خيارات سخان PFA Thermowell
تصميم البناء سمك الجدار (مم) مادة الحشو الوقت الثابت τ (ثواني، في زيت 10,000 سنتي بواز عند 80 درجة) تأخر يصل إلى 90% (ثانية) زيادة المقاومة الكيميائية التكلفة
مشبك خارجي على مشبك معدني + حساس غير قابل للتطبيق (خارجي) هواء 120-240 280-550جيد (حساس خارجي) 5%
بئر حراري خارجي ملحوم بئر معدني ملحوم بشفة السخان 1.5 (معدن) هواء 60 - 120 140 - 28015% جيد
ثقب أعمى مدمج PFAMoulded PFA Pocket 1.0 Air 40-80 95-185 ممتاز 20%
PFA المتكامل + المعجون جيب PFA المقولب 0,8 المعجون الحراري (ك=3 واط/م·ك) 12-20 30-45جيد 25%
PFA متكامل + قاع نحيف مصبوب PFA 0.5 مم سفلي 0.5 معجون 8–12 20–28 ممتاز 30%
ثيرموويل مع إدراج معدني، أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ (1 مم OD، 0.2 مم جدار) في PFA 0.2 (معدن) معجون أو سبيكة 3-5 7-1240٪ جيد (معدن مكشوف)
مستشعر مغلف RTD أو TC في PFA (غير قابل للفصل) مصبوب مباشرة 0 (مستشعر مكشوف) لا شيء 1-2 3-5 ممتاز (PFA فوق المستشعر) 50% (مستشعر غير قابل للتغيير)
إرشادات التصميم
High viscosity oil service (>5000 سنتي بويز): لاحظ ما يلي:

الحد الأدنى لسمك القاع الحراري: 0.5 مم (PFA) و0.2 مم (معدن). أرق عرضة للتمزق أو الزحف.

المعجون الحراري: معجون السيليكون المحمل بنتريد البورون أو أكسيد الألومنيوم (ك أكبر من أو يساوي 3 وات/م · كلفن) يوضع أسفل المكنسة لتجنب فقاعات الهواء.

نوع المستشعر: استخدم سلكًا حراريًا رفيعًا (قطره 0.25 مم) أو غشاء رقيق RTD (1 مم × 2 مم). يزداد زمن الوصول مع وجود أجهزة استشعار أكبر (قطرها 6 مم).

التنسيب ضع البئر الحراري عند الجزء الأكثر سخونة في المدفأة (غالبًا 100-200 مم من الطرف البارد، انظر المادة رقم 70). الخزانات الطويلة: عدد 2 بئر حراري (علوي وسفلي) بالمتوسط

إمكانية الاستبدال: بالنسبة للعمليات المهمة، استخدم مستشعرًا قابلاً للفصل في بئر حراري PFA (غير مغلق). يبقى البئر الحراري في الخزان، ويمكن سحب المستشعر للمعايرة دون تصريفه.

إنتاج
أثناء صب الجزء البارد من السخان أو عن طريق الحرارة التي تخلق نقرة في الغلاف، يتم تشكيل بئر حراري PFA متكامل. يتحكم موقع الشياق في السُمك في الأسفل. بالنسبة إلى بئر حراري مُدخل معدني، يتم وضع أنبوب رفيع من الفولاذ المقاوم للصدأ في القالب ويتم حقن PFA حول الأنبوب. تبرز النقطة المعدنية بمقدار 5-10 مم في PFA وبالتالي توفر اتصالًا حراريًا جيدًا. يجب أن يكون المعدن متوافقًا مع سائل المعالجة (316L للمعتدل، Hastelloy للعدواني). لا ينبغي استخدام النحاس أو الألومنيوم في خدمة التآكل.

حقل المثال
قامت منشأة بوليمر بتسخين راتينج 50000 سنتي بواز من 60 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية باستخدام سخان PFA مع مشبك خارجي - على مزدوج حراري. كان تأخر درجة الحرارة 8 دقائق، وتجاوز 15 درجة، وتدهور الراتنج. استبدل المصنع السخان بتصميم متكامل من نوع PFA الحراري (سمك القاع 0.6 مم، معجون حراري). انخفض الفارق الآن إلى 25 ثانية. تم تحسين التحكم في درجة الحرارة إلى ±1.5 درجة مئوية وتوقف تدهور الراتينج. تبلغ تكلفة السخان المخصص 300 دولار ويتم دفع ثمنه على 3 دفعات.

الخلاصة: اللصق في Thermowell المتكامل يقلل من التأخر<30 Seconds
بالنسبة للزيوت ذات اللزوجة العالية-، يعمل بئر حراري PFA مدمج بقاعدة رفيعة (0.5 إلى 1.0 مم) مملوء بالمعجون الحراري على تقليل زمن الوصول في قياس درجة الحرارة من 5 إلى 10 دقائق إلى 20 إلى 40 ثانية - وهو تحسن بمقدار 10 إلى 15×. للحصول على أسرع رد فعل، قم بتوفير ثيرموويل إدراج معدني (جدار 0.2 مم) مدرج في PFA، لمدة 5 إلى 15 ثانية. يحتفظ التصميم المتكامل بالمقاومة الكيميائية ويضع المستشعر على بعد ملليمترات من سائل العملية. تعد أجهزة الاستشعار المغلفة هي الأسرع في الاستجابة، ولكنها غير قابلة للإزالة ولا يمكن معايرتها أو استبدالها. اختر حسب أهمية العملية. في الزيوت عالية اللزوجة، يعتبر التأخر هو العدو. تتفوق الجدران الرقيقة والمعجون الحراري والإدراج المعدني على التأخر. تصميم ذكي. الرد بسرعة. السيطرة بدقة.