Protsessi inseneridele, kes vastutavad soojusülekandevedelike süsteemide hooldamise eest keemiatehastes, plastivormimisoperatsioonides ja toiduainete töötlemisrajatistes, on elektriliste sukelsoojendite valik termoõliteenuste jaoks ainulaadsed piirangud. Erinevalt veepõhistest-süsteemidest, kus kõrge soojusülekandekoefitsient võimaldab suhteliselt suurt vattihedust, on termilistel õlidel halvad soojusülekande omadused-tavaliselt üks-kahekümnendik kuni üks{4}}vee omadest. Seiskunud või madala-voolu tingimustes võib küttekeha küljes olev õli tõusta palju kõrgemale vedeliku temperatuurist, mis põhjustab termilist lagunemist, koksimist ja lõpuks küttekeha rikkeid. 316 roostevabast terasest ümbrise seina paksus mängib selles rikkemehhanismis kriitilist rolli, kuna see määrab kindlaks välispinna temperatuuri antud vattiheduse korral. Selles artiklis määratakse kindlaks maksimaalne lubatud seinapaksus 316 ümbrise jaoks madala -vati-tihedusega, kõrge temperatuuriga-soojusõli teenuses, mis põhineb avaldatud õli lagunemise piiridel ja soojusülekande põhimõtetel.
Õli termilise lagunemise mehhanismid ja pinnatemperatuuri piirangud
Termilised õlid on orgaanilised vedelikud, mis ülemäärase temperatuuriga kokkupuutel termiliselt pragunevad ja oksüdeeruvad. Kile maksimaalne lubatud temperatuur-õli-kesta liidese temperatuur-erineb olenevalt õlikeemiast, kuid tavaliselt jääb see mineraalõlide puhul vahemikku 250–350 kraadi ja sünteetiliste aromaatsete õlide puhul 320–400 kraadi. Nende temperatuuride ületamine kiirendab lahustumatute polümeeride, süsinikku sisaldavate sademete ja söövitavate kõrvalsaaduste teket. Kui ümbrise pinnale moodustub koksi või polümeeri kiht, toimib see isoleeriva barjäärina, tõstes ümbrise temperatuuri veelgi ja kiirendades lagunemist jooksvas tsüklis. 316 roostevabast terasest ümbrise puhul, mis on sukeldatud seisvasse termoõlisse, arvutatakse pinnatemperatuur järgmiselt: T_surface=T_bulk + (q × R_total), kus q on vati tihedus ja R_total sisaldab mantli seina juhtivust ja õli piirkihi konvektiivtakistust. Seisvas õlis domineerib konvektiivtakistus ja see on väga mittelineaarne, kuna loomulik konvektsioon on nõrk ja õli omadused muutuvad dramaatiliselt koos temperatuuriga. Praktilised kogemused kogu tööstuses on näidanud, et 316 ümbrise pinnatemperatuur alla 260 kraadi on ohutu enamiku mineraalõlide puhul, samas kui 320 kraadi on ohutu kvaliteetsete sünteetiliste materjalide puhul. Need piirid tähendavad otseselt antud seina paksuse maksimaalset lubatud vattihedust.
Kuidas seina paksus juhib seisva õli pinnatemperatuuri
Fikseeritud vattiheduse korral tõstavad paksemad 316 kestaseinad välispinna temperatuuri võrdeliselt lisanduva soojustakistusega. Seisva õli puhul 150-kraadise puistetemperatuuri juures loomuliku konvektsiooni soojusülekandeteguriga ligikaudu 200 W/m²·K-tüüpiline mõõdukalt viskoossetele õlidele-arvutatakse temperatuuri tõus massilt ümbrise pinnale. 1,0 mm 316 ümbris, mis töötab 4 W/cm², annab pinnatemperatuuriks ligikaudu 235 kraadi, mis on ohutult alla mineraalõlide 260 kraadi piiri. Sama küttekeha 1,6 mm ümbrisega ulatub 255 kraadini, lähenedes piirile. 2,0 mm kestaga ulatub pinnatemperatuur 270 kraadini, ületades enamiku mineraalõlide ohutu piiri. Seina paksuse 2,5 mm juures jõuab pinnatemperatuur 290 kraadini, kiirendades õli lagunemist ja koksimist. Sünteetiliste õlide puhul, mille temperatuur on 320 kraadi, on paksemad seinad lubatud. 2,0 mm kest 4 W/cm² juures annab 270 kraadi, mis jääb sünteetilise õli piiridesse. Isegi 2,5 mm ümbris 4 W/cm² juures annab ainult 290 kraadi, mis on siiski vastuvõetav kvaliteetse{31}sünteetika jaoks. Kui aga puisteõli temperatuur tõuseb 180 kraadini või 200 kraadini, tõuseb pinna temperatuur vastavalt ja maksimaalne lubatud seinapaksus väheneb.
Soovitatav maksimaalne seinapaksus termilise õli hoolduseks
Järgmises tabelis on toodud soovitatavad maksimaalsed 316 ümbrise seinapaksused madala -vatti-tihedusega sukelsoojendite jaoks seisva või madala vooluhulgaga termoõli kasutamisel. Väärtused eeldavad pidevat tööd, puhast õli ilma eelneva lagunemiseta ja ohutusvaru, mis on 15 kraadi allpool tootja määratud maksimaalset kiletemperatuuri.
| Termilise õli tüüp | Maksimaalne puisteõli temperatuur | Soovitatav vattiheduse vahemik | Maksimaalne ümbrise seina paksus 316 | Eeldatav koksimise oht |
|---|---|---|---|---|
| Mineraalõli, standardklass | 120 kraadi | 3–5 W/cm² | 1,6 mm | Madal 1,6 mm; mõõdukas üleval |
| Mineraalõli, standardklass | 150 kraadi | 2–4 W/cm² | 1,2 mm | Mõõdukas 1,2 mm juures; kõrgel kohal |
| Kõrge temperatuuriga{0}}mineraalõli | 180 kraadi | 1,5–3 W/cm² | 1,0 mm | Kõrge risk; kaaluge sünteetilist õli |
| Sünteetiline aromaatne õli | 150 kraadi | 3–6 W/cm² | 2,0 mm | Madal 2,0 mm; mõõdukas 2,5 mm |
| Sünteetiline aromaatne õli | 200 kraadi | 2–4 W/cm² | 1,6 mm | Mõõdukas 1,6 mm juures; kõrge 2,0 mm |
| Sünteetiline aromaatne õli | 250 kraadi | 1–2,5 W/cm² | 1,2 mm | Kõrge risk; vajalik sagedane jälgimine |
| Sünteetiline vooluga aromaatne õli | 200 kraadi | 4–8 W/cm² | 2,0 mm | Madal risk sundringlusega |
Kõigi termoõlirakenduste puhul, mille temperatuur ületab 150 kraadi ja ümbrise seina paksus ületab 1,6 mm, peaksid insenerid nõudma küttekeha tootjalt soojusanalüüsi, mis arvutab välja täpse välispinna temperatuuri, lähtudes õli spetsiifilistest soojusülekandeomadustest. Üldised soovitused on nendes tingimustes ebapiisavad. Lisaks tagab termopaari paigaldamine otse ümbrise pinnale kõige usaldusväärsema kaitse õli lagunemise eest. Kui mõõdetud kesta temperatuur läheneb õli maksimaalsele kiletemperatuurile, tuleks küttekeha vattihedust vähendada või õliringlust suurendada. Koksitud õli asendamise ja määrdunud küttekeha puhastamise kulud ületavad tavaliselt küttekeha enda maksumust viis kuni kümme korda, muutes konservatiivse seinapaksuse valiku mõistlikuks majanduslikuks otsuseks.
