Een gespecialiseerde chemische fabriek meldde een ongewoon symptoom: een PTFE-dompelverwarmer in een stroperige polymeeroplossing maakte tijdens het eerste uur van opwarmen elke ochtend een scherp knetterend of knallend geluid. Het geluid stopte zodra het bad de instelwaarde bereikte. De verwarming was niet zichtbaar beschadigd en het stroomverbruik was normaal. Maar het geluid was een waarschuwingssignaal-dat er plaatselijk kookte op het verwarmingsoppervlak tijdens de opwarmfase-.
Stoomgeluid tijdens het opwarmen-is een symptoom van het koken van de film op het PTFE-oppervlak. De oppervlaktetemperatuur van de verwarmer is hoog genoeg om de vloeistof die ermee in contact komt te verdampen, maar de damp kan niet snel ontsnappen omdat de vloeistof stroperig is. De dampbellen storten met geweld in elkaar wanneer ze loskomen, waardoor het knallende geluid ontstaat.
Waarom stroperige baden stoomgeluid produceren
In een vloeistof met een lage -viscositeit, zoals water, laten dampbellen gemakkelijk los en stijgen naar de oppervlakte. Ze vallen stilletjes in de koelere bulkvloeistof. Het proces verloopt soepel en er wordt geen geluid gegenereerd.
In een stroperige vloeistof is de grenslaag op het verwarmingsoppervlak dik. Dampbellen die zich aan het oppervlak vormen, kunnen niet gemakkelijk loskomen omdat de stroperige vloeistof hun beweging weerstaat. De bellen worden groter voordat ze loskomen. Wanneer ze uiteindelijk loskomen, storten ze snel in, en het instorten genereert een drukgolf die te horen is als een knallend of knetterend geluid.
| Vloeistofviscositeit | Onthechting van de bel | Belgrootte bij onthechting | Energie instorten | Geluidsniveau |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Eenvoudig | Klein | Laag | Geen |
| 10–100 mPa·s | Gematigd | Gematigd | Gematigd | Flauwvallen |
| 100–1.000 mPa·s | Moeilijk | Groot | Hoog | Hoorbaar |
| >1.000 mPa·s | Heel moeilijk | Zeer groot | Zeer hoog | Luidruchtig |
Viscositeit en het effect ervan op het loslaten van bellen en het genereren van geluid
Waarom Heat-Up de meest kwetsbare fase is
Tijdens het opwarmen- werkt de verwarming op vol vermogen. De oppervlaktetemperatuur is hoger dan tijdens stationair- bedrijf, omdat de bulkvloeistof koeler is en het temperatuurverschil tussen de verwarmer en de vloeistof groter is. De hogere oppervlaktetemperatuur verhoogt de snelheid van dampvorming.
De vloeistof is ook stroperiger tijdens het opwarmen-. De viscositeit van de meeste vloeistoffen neemt af naarmate de temperatuur stijgt. Een polymeeroplossing die 15.000 mPa·s is bij 25 graden kan 5.000 mPa·s zijn bij 60 graden. Tijdens het opwarmen-is de vloeistof nabij de verwarmer koeler en stroperiger dan op het instelpunt. De stroperige vloeistof vangt de dampbellen op en het geluid is luider.
Waarom stoomgeluid belangrijk is
Stoomgeluid is niet alleen hinderlijk. Dit geeft aan dat er plaatselijk kookt op het verwarmingsoppervlak. Door het koken ontstaat er een dampdeken die het oppervlak isoleert. De oppervlaktetemperatuur stijgt en de PTFE wordt sneller afgebroken dan onder normale bedrijfsomstandigheden.
Het herhaaldelijk instorten van dampbellen veroorzaakt ook mechanische spanning op de PTFE. De drukgolven van de instortingen treffen het polymeeroppervlak. Na verloop van tijd kan de spanning vermoeidheidsscheuren en blaarvorming veroorzaken.
Voorkomen van stoomgeluid in stroperige baden
De meest effectieve preventie is het verlagen van de oppervlaktetemperatuur van de verwarmer tot onder het kookpunt van de vloeistof. Dit vereist het verminderen van de wattdichtheid en het verbeteren van de stroming aan het verwarmingsoppervlak.
Een lagere wattdichtheid-0,5–0,8 W/cm² verlaagt de oppervlaktetemperatuur met 15–25 graden vergeleken met 1,0–1,2 W/cm². De lagere temperatuur houdt het oppervlak in de meeste stroperige vloeistoffen onder het kookpunt.
Verbeterde stroming aan het verwarmingsoppervlak-van een eductor, een recirculatiepomp of een mechanisch roerwerk-vermindert de dikte van de grenslaag en verlaagt de oppervlaktetemperatuur. Een lokale snelheid van 0,3–0,5 m/s is voldoende om stoomgeluid in de meeste stroperige vloeistoffen te voorkomen.
| Preventiemaatregel | Effect op oppervlaktetemperatuur | Uitvoering |
|---|---|---|
| Lagere wattdichtheid, 0,5–0,8 W/cm² | 15-25 graden lager | Ontwerp van de verwarming |
| Eductor bij verwarming | 20-30 graden lager | Kleine pomp of perslucht |
| Recirculatielus | 25-35 graden lager | Pomp en leidingen |
| Mechanische roering | 15-25 graden lager | Roerder of roerder |
Preventiemaatregelen voor stoomgeluid in stroperige baden
Wanneer stoomgeluid een ontwerpprobleem aangeeft
Een verwarmer die stoomgeluid afgeeft ondanks een lage wattdichtheid en een verbeterde doorstroming geeft aan dat het ontwerp van de verwarmer niet geschikt is voor de stroperige vloeistof. Een aangepaste configuratie van een PTFE-dompelverwarmer met een zeer lage wattdichtheid, een groot oppervlak en een -stroomgeoptimaliseerde positie pakt de hoofdoorzaak van plaatselijk koken aan. Het specificatieproces vereist de vloeistofviscositeit bij bedrijfstemperatuur, het kookpunt, de verwarmingspositie, de stromingsomstandigheden en het vereiste wattage. Voor faciliteiten met stroperige procesvloeistoffen vermindert deze toepassing-specifieke aanpak het stoomgeluid en verlengt de levensduur van de verwarming.
