За процесне инжењере који су одговорни за одржавање система флуида за пренос топлоте у хемијским постројењима, операцијама обликовања пластике и постројењима за прераду хране, избор електричних урањајућих грејача за сервис термалног уља представља јединствен скуп ограничења. За разлику од система заснованих на води{1}}у којима високи коефицијенти преноса топлоте дозвољавају релативно велике густине у ватима, термална уља имају слаба својства преноса топлоте-обично једну-десетину до једне-двадесете од воде. У стагнирајућим или ниским условима-протока, уље у близини омотача грејача може да достигне температуре које су далеко веће од температуре течности, што доводи до термичке деградације, коксовања и на крају до квара грејача. Дебљина зида омотача од нерђајућег челика 316 игра кључну улогу у овом механизму квара јер одређује температуру спољашње површине за дату густину у ватима. Овај чланак утврђује максималну дозвољену дебљину зида за 316 омотача при ниској-ват-густини, високој-услуги термалног уља на основу објављених ограничења деградације уља и принципа преноса топлоте.
Механизми деградације термалног уља и границе температуре површине
Термална уља су органске течности које пролазе кроз термичко пуцање и оксидацију када су изложене превисоким температурама. Максимална дозвољена температура филма-температура на међупростору уља-помоћи- варира у зависности од хемије уља, али се обично креће од 250 до 350 степени за минерална уља и 320 до 400 степени за синтетичка ароматична уља. Прекорачење ових температура убрзава формирање нерастворљивих полимера, угљених наслага и корозивних нуспроизвода. Једном када се слој кокса или полимера формира на површини омотача, он делује као изолациона баријера, додатно подижући температуру омотача и убрзавајући деградацију у циклусу бежења. За 316 омотача од нерђајућег челика уроњених у стагнирајуће термално уље, површинска температура се израчунава као Т_сурфаце=Т_булк + (к × Р_тотал), где је к густина у ватима, а Р_тотал укључује проводни отпор зида омотача и конвективни отпор граничног слоја уља. Код устајалог уља, конвективни отпор доминира и веома је нелинеаран јер је природна конвекција слаба и својства уља се драматично мењају са температуром. Практично искуство у индустрији је показало да је температура површине омотача 316 испод 260 степени безбедна за већину минералних уља, док је 320 степени безбедна за-квалитетне синтетике. Ова ограничења се директно претварају у максималну дозвољену густину у ватима за дату дебљину зида.
Како дебљина зида утиче на температуру површине у устајалом уљу
За фиксну густину у ватима, дебљи зидови плашта од 316 повећавају температуру спољашње површине пропорционално додатном топлотном отпору. У стагнирајућем уљу на 150 степени запреминске температуре са природним конвекцијским коефицијентом преноса топлоте од приближно 200 В/м²·К-типичном за умерено вискозна уља-израчунава се пораст температуре од масе до површине омотача. Плашт од 1,0 мм 316 који ради на 4 В/цм² производи површинску температуру од приближно 235 степени, безбедно испод границе од 260 степени за минерална уља. Исти грејач са омотачем од 1,6 мм достиже 255 степени, приближавајући се граници. Са омотачем од 2,0 мм, површинска температура достиже 270 степени, премашујући сигурну границу за већину минералних уља. На дебљини зида од 2,5 мм, температура површине достиже 290 степени, убрзавајући разградњу уља и коксовање. За синтетичка уља са ограничењем од 320 степени, дозвољени су дебљи зидови. Плашт од 2,0 мм при 4 В/цм² производи 270 степени, добро унутар границе синтетичког уља. Чак и плашт од 2,5 мм при 4 В/цм² производи само 290 степени, што је и даље прихватљиво за{31}}квалитетне синтетике. Међутим, ако температура уља у расутом стању порасте на 180 или 200 степени, површинска температура се сходно томе повећава, а максимално дозвољена дебљина зида се смањује.
Препоручена максимална дебљина зида за сервис термалног уља
Следећа табела даје препоручене максималне дебљине омотача од 316 за грејаче ниске -ват-уроњене густине у стагнирајућим или ниским{3}}услугама са термалним уљем. Вредности претпостављају континуирани рад, чисто уље без претходне деградације и сигурносну маргину од 15 степени испод максималне температуре филма коју је навео произвођач.
| Врста термалног уља | Максимална температура уља у расутом стању | Препоручени опсег густине у ватима | Максимална дебљина зида омотача 316 | Очекивани ризик од коксовања |
|---|---|---|---|---|
| Минерално уље, стандардне класе | 120 степени | 3 – 5 В/цм² | 1,6 мм | Ниска на 1,6 мм; умерено изнад |
| Минерално уље, стандардне класе | 150 степени | 2 – 4 В/цм² | 1,2 мм | Умерено на 1,2 мм; високо изнад |
| Минерално уље, високо{0}температурно | 180 степени | 1,5 – 3 В/цм² | 1,0 мм | Висок ризик; узети у обзир синтетичко уље |
| Синтетичко ароматично уље | 150 степени | 3 – 6 В/цм² | 2,0 мм | Ниско на 2,0 мм; умерен на 2,5 мм |
| Синтетичко ароматично уље | 200 степени | 2 – 4 В/цм² | 1,6 мм | Умерено на 1,6 мм; висока 2,0 мм |
| Синтетичко ароматично уље | 250 степени | 1 – 2,5 В/цм² | 1,2 мм | Висок ризик; потребно често праћење |
| Синтетичко ароматично уље са протоком | 200 степени | 4 – 8 В/цм² | 2,0 мм | Низак ризик са присилном циркулацијом |
За било коју примену термичког уља где температура у маси прелази 150 степени и дебљина зида омотача прелази 1,6 мм, инжењери би требало да захтевају термичку анализу од произвођача грејача која израчунава тачну температуру спољашње површине на основу специфичних својстава преноса топлоте уља. Генеричке препоруке су недовољне у овим условима. Додатно, постављање термоелемента директно на површину плашта обезбеђује најпоузданију заштиту од деградације уља. Када се измерена температура омотача приближи максималној температури филма уља, густину грејача треба смањити или повећати циркулацију уља. Трошкови замене коксованог уља и чишћења запрљаног грејача обично премашују цену самог грејача за фактор од пет до десет, што чини конзервативни избор дебљине зида разумном економском одлуком.
