Kan een dubbel-wondverwarmingselement in een PFA-huls 50% stroom leveren nadat één circuit uitvalt zonder plaatselijke hotspots?

Nadat één circuit kapot is gegaan, kan een dubbel-gewonden verwarmingselement-twee afzonderlijke weerstandscircuits die parallel zijn gewikkeld over dezelfde verwarmingslengte-50% van het vermogen leveren. Het wikkelpatroon is echter de enige factor die bepaalt of dit gebeurt bij afwezigheid van lokale hotspots. Bij een enkele circuitstoring blijft elke andere beurt actief als beide circuits gelijkmatig zijn verweven (afwisselende beurten). Dit resulteert in een periodiek heet-koud patroon waarbij de PFA-oppervlaktetemperatuur met ±15–30 graden over de lengte schommelt, met hete gebieden bij actieve bochten en koele plekken bij mislukte bochten. Gelokaliseerde kalkaanslag en thermische spanningen worden veroorzaakt door deze ongelijkmatige verwarming. Als één circuit uitvalt, blijft de helft van de verwarming koud, wat onbevredigend is voor een consistente temperatuur als de twee circuits als afzonderlijke zones zijn gewikkeld (circuit A op de onderste helft, circuit B op de bovenste helft). Een dubbele-wondverwarmer waarbij beide circuits gelijkmatig zijn verdeeld en redundantie bij de verbinding is het beste ontwerp voor uniformiteit in de storingsmodus. Elk circuit voedt de helft van de windingen, maar de windingen zijn zo gekoppeld dat de actieve en inactieve windingen naast elkaar liggen in plaats van afwisselend. Toch is er nog steeds een verschil van 5 tot 10 graden. Gebruik twee onafhankelijke verwarmers met één-circuit voor essentiële toepassingen die echte redundantie nodig hebben zonder hotspots (zie artikel #36). Een compromis is een dubbele-wond.

Verdeling van de temperatuur na een storing in een enkel circuit
Is variatie in de draaiverdeling van het wikkelpatroon nadat één circuit is uitgevallen Hot Spot ΔT vergeleken met vóór de storing aanvaardbaar voor het proces?
Verweven, afwisselend (A, B, A, B...) 50% elk ±15–30 graden in de lengteBij actieve bochten, +20–40 graden Marginaal (risico op schaal)
In paren (AA, BB, AA, BB)Acceptabel voor lage gevoeligheid: twee actieve windingen gecombineerd, gevolgd door twee inactieve windingen op ±10–20 graden + 10–25 graden
Zone (onderste A, bovenste B) A op de onderste helft, B op de bovenste helft, 0 graden op de defecte helft, normaal op de andere N.v.t. (koude zone) Onaanvaardbaar
verdeeld met behulp van een thermische equalizer met koperen huls Koperen huls + afwisselend + ±5–10 graden + 5–15 graden Goed
Twee onafhankelijke verwarmingen 0 graden (één verwarming uit) 0 graden (andere verwarming compenseert) Beste (volgens artikel #85)
Thermische beeldvorming van een dubbele-fout in de wondverwarmer
Na één circuitstoring geeft een dubbele-wondverwarmer van 6 kW (afwisselende windingen, elk circuit 3 kW) met een vermogen van 3 kW het volgende weer:

Actieve bochten: 120 graden aan de oppervlakte (in water is dat 80 graden)

Inactieve bochten: de oppervlaktetemperatuur van de vloeistof is 85 graden.

Periodiciteit: warme en koele banden zijn 5–10 mm van elkaar gescheiden.

De breedte van de verwarmde banden is slechts 3-4 mm.

Terwijl de koude banden schoon blijven, worden de hete banden wit in de vorm van kalk-water. Vanwege de versnelling van lokale oververhitting door de schaal, mislukken de actieve bochten eerder. In werkelijkheid gaat een verwarming met één defect circuit zelden langer dan een paar maanden mee voordat plaatselijke oververhitting ervoor zorgt dat het resterende circuit uitvalt.

Verdeling van vermogen en belasting op het resterende circuit
Als een circuit parallel is aangesloten, moet het bij een open circuit de volledige spanning voeren. P=V²/R is zijn kracht. Totaal vermogen vóór uitval=2 × V²/R=2P_circuit als beide circuits dezelfde weerstand R hebben. Vermogen=V²/R=P_circuit=50% van het initiële totaal na uitval. Dit is nauwkeurig. Het resterende circuit heeft nu echter de helft minder actieve windingen terwijl het met dezelfde wattdichtheid werkt (dezelfde spanning, weerstand en warmte per winding). De warmteontwikkeling blijft onveranderd in de actieve bochten. De actieve bochten moeten nu echter de hitte afvoeren die naar de mislukte bochten zou zijn gegaan. Nee, de gemiste afslagen worden gewoon uitgeschakeld. De mislukte beurten genereren geen warmte, terwijl de actieve beurten dezelfde hoeveelheid warmte genereren als voorheen. De hoeveelheid geproduceerde warmte wordt gehalveerd. Overtollig vermogen zorgt er niet voor dat de actieve windingen plaatselijk oververhit raken. Omdat de nabijgelegen koude bochten echter de tussenliggende vloeistof niet meer verwarmen, kan de temperatuur van de actieve bochten enigszins stijgen. De temperatuur van de actieve bochten stijgt met 5–15 graden als gevolg van de warmtestroom van actieve bochten die zich zijdelings verspreidt en minder warmte van buren ontvangt. Dit is de hotspot in de omgeving.

Nuttige evaluatie voor uw procedure
Aanvaardbare temperatuurvariatie na falen ProcesvereisteIs dubbele-wond geschikt? Een betere aanpak
±1 graad (farmaceutisch, halfgeleider)Nee, twee onafhankelijke verwarmers plus een reserve ±3 graad (precies chemisch)Nee, twee verschillende verwarmers
±5 graden (industriële standaard)Marginaal Twee onafhankelijke verwarmingselementen, eventueel met een koperen mantel
±10 graden (plateren, wassen) Ja (afwisselend, met hoes) Acceptabel
Gebrek aan temperatuurregeling (alleen inschakelduur) Ja (elk patroon) Acceptabel
Voorbeeld in het veld
In een galvaniseerlijn werden dubbel-gewonden PFA-verwarmers met afwisselende windingen gebruikt om 50% vermogensredundantie te bieden. De verwarming bleef op 50% vermogen werken, zelfs nadat één circuit uitviel. Bij de actieve bochten werden echter witte schaalringen veroorzaakt door de hete banden (15 graden boven normaal). Na drie maanden stortte het resterende circuit in als gevolg van de verslechtering van de warmteoverdracht door de schaalringen. In plaats van één enkele dubbele-wondverwarmer van 6 kW te gebruiken, is de fabriek overgestapt op twee onafhankelijke verwarmingselementen van 3 kW. De badtemperatuur daalde van 90 graden naar 85 graden nadat een verwarmingselement uitviel, maar de galvaniseringskwaliteit was nog steeds bevredigend. Tijdens gepland onderhoud is de defecte kachel vervangen. Er was geen temperatuurbanding. De fabriek kwam tot de conclusie dat er geen hotspots waren en dat twee onafhankelijke verwarmingen voor echte redundantie zorgen.

Concluderend: Dual-Wound genereert hotspots en biedt toch 50% kracht.
Een twee-wond Wanneer één circuit kapot gaat, kan een PFA-verwarmer met twee parallelle circuits nog steeds 50% van zijn vermogen leveren. Totdat er echter een thermische equalizer (koperen huls) wordt geplaatst, produceren de resterende actieve windingen periodieke hete banden (schommelingen van ± 15-30 graden). Lokale schaalvergroting, thermische spanning en uiteindelijk het kapot gaan van het resterende circuit worden veroorzaakt door deze ongelijkmatige temperatuur. Dubbele-wond kan geschikt zijn voor processen die variaties van ±10 graden kunnen weerstaan. Gebruik twee verschillende verwarmingen met één-circuit voor nauwkeurige temperatuurregeling. Dubbele-wond is geen echte redundantieoplossing; het is eerder een ruimtebesparend compromis. Investeer de extra ruimte in twee warmers als uptime cruciaal is. Uw onderhoud zal eenvoudiger zijn en uw procedure zal consistenter zijn. Hotbands zijn niet onschadelijk. Ze falen, ze barsten en ze schalen. Houd afzonderlijke verwarmingstoestellen uit de buurt.