Symptom stratifikace
Nádrž pro galvanické pokovování vykazuje trvalý 5stupňový rozdíl mezi teplotním čidlem blízko hladiny a lázní blízko dna nádrže. Díly pokovené v horní zóně splňují specifikaci. Části ze spodní zóny vykazují matné, neprůhledné-barevné nánosy. Operátor zvedne nastavenou hodnotu, aby se spodní část dostala do rozsahu, čímž dojde k přehřátí horní zóny.
Tepelný výměník z PTFE dodává svůj jmenovitý tepelný výkon. Tlak páry je správný. Povrch cívky je čistý. Teplo však nedosahuje na dno nádrže rovnoměrně. Základní příčinou není nedostatek ve výměníku, ale v jeho umístění: hloubka ponoření je špatná pro geometrii nádrže.
Fyzika tepelné stratifikace
Zahřátý roztok expanduje a stává se méně hustým. V pokovovací nádrži vystupuje na povrch roztok zahřátý ponornou spirálou. Chladnější a hustší roztok propady. Tato přirozená konvekce vytváří cirkulační vzor. Účinnost vzoru závisí na tom, kde je zdroj tepla umístěn ve vertikálním vodním sloupci.
Cívka z PTFE umístěná příliš blízko povrchu ohřívá pouze horní zónu. Zahřátý roztok mírně stoupá a šíří se po horní části nádrže. Spodní zóna přijímá teplo pouze pomalým vedením a slabou sekundární cirkulací. Stabilní termoklin tvoří-vodorovnou rovinu oddělující teplý horní roztok od studeného spodního roztoku.
Cívka umístěná poblíž dna nádrže vytváří nejúčinnější cirkulaci. Zahřátý roztok stoupá celou hloubkou nádrže a strhává a promíchává celý objem. Termoklin je slabý nebo chybí. Je dosažitelná rovnoměrnost teploty ±1 stupeň.
Správná hloubka ponoření umístí dno PTFE spirály co nejblíže dnu nádrže, přičemž je zachována mezera pro hromadění kalu a zabraňuje se přímému kontaktu se dnem nádrže.
Tabulka 1: Vliv hloubky ponoření PTFE cívky na rovnoměrnost teploty (2,5 m hluboká nádrž, 55 stupňů nastavená hodnota)
| Pozice cívky | Vzdálenost ode dna (mm) | Teplota povrchu (stupně) | Spodní teplota ( stupně ) | Vertikální ΔT (stupeň) | Hodnocení jednotnosti |
|---|---|---|---|---|---|
| Blízký povrch | 2,000 | 57 | 50 | 7 | Chudý |
| Střední-hloubka | 1,200 | 56 | 52 | 4 | Veletrh |
| Dolní třetina | 600 | 55.5 | 53.5 | 2 | Dobrý |
| Blízko dna | 200 | 55 | 54 | 1 | Vynikající |
| Na dně (bez vůle) | 0 | 55.5 | 55.5 | 0 (místní riziko přehřátí) | Špatné (pečení kalu) |
Mapování teploty z pole termočlánků ve Watts niklové lázni s promícháváním vzduchu. PTFE mřížková cívka pokrývající 60 % podlahové plochy nádrže. Nastavená hodnota 55 stupňů.
Agitační interakce
Míchání vzduchu nebo mechanické míchání modifikuje přirozený vzor proudění, ale nevylučuje důležitost umístění spirály. Míchání může kompenzovat suboptimální ponoření, ale za cenu zvýšené energie vzduchu nebo čerpadla.
Správně umístěná PTFE cívka u dna funguje spíše s přirozenou konvekcí, než aby s ní bojovala. Stoupající tepelný oblak z cívky posiluje vzor mechanického míchání. Menší energie míchání dosahuje stejné rovnoměrnosti teploty.
Nádrže spoléhající se výhradně na přirozenou konvekci-běžné u bezproudových procesů, kde by míchání vzduchu destabilizovalo lázeň-závisí zcela na umístění spirály pro míchání. Umístění blízko-spodu je pro tyto aplikace povinné.
Oprava hloubky ponoru
Oprava hloubky ponoření na stávající instalaci může vyžadovat úpravu nosné konstrukce cívky. PTFE cívky jsou lehké a lze je přemístit snadněji než kovové cívky. Opěrné nohy lze zkrátit. Závěsné držáky lze prodloužit. Flexibilní hadička umožňuje menší přemístění bez stresu.
Pokud spirálu nelze spustit kvůli překážkám na dně nádrže nebo stávajícímu potrubí, přidání oběhového čerpadla nebo systému ejektoru zajistí mechanické míchání, aby se překonalo vrstvení. Sání čerpadla by mělo být nasáváno ze studené spodní zóny a vypouštěno přes PTFE spirálu pro maximální zachycení tepla.
Shrnutí
Nesprávná hloubka ponoření PTFE výměníku tepla způsobuje tepelné rozvrstvení v důsledku neúplné přirozené konvekce. Cívky umístěné příliš vysoko ohřívají pouze horní zónu nádrže, přičemž spodní část zůstává studená.
Umístění v blízkosti-spodu do 200{2}}300 mm od dna nádrže zajišťuje nejlepší rovnoměrnost teploty díky přirozené konvekci v plné hloubce. Mechanické míchání může kompenzovat neoptimální umístění, ale zvyšuje náklady na energii. Bezproudové procesy bez míchání zcela závisí na umístění cívky pro míchání.
Technická doporučení pro umístění PTFE spirály ve specifických geometriích nádrže jsou k dispozici po předložení rozměrů nádrže, provozní hloubky, stávající polohy spirály, způsobu míchání a naměřených údajů o vertikálním teplotním profilu.
