Bộ phận làm nóng là gì, Bộ phận làm nóng đốt khô và ngâm khác nhau như thế nào?

Các bộ phận làm nóng là thành phần cốt lõi giúp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt trong một loạt các ứng dụng công nghiệp, thương mại và dân dụng. Từ cuộn dây bên trong ấm đun nước điện đến các bộ phận hình ống trong lò nướng công nghiệp, máy nước nóng và thiết bị xử lý, mọi hệ thống làm nóng bằng điện đều phụ thuộc vào hiệu suất, lựa chọn vật liệu và thông số kỹ thuật chính xác của bộ phận làm nóng để mang lại khả năng vận hành hiệu quả, đáng tin cậy và an toàn. Hiểu được điều gì giúp phân biệt loại bộ phận làm nóng này với loại khác và điều gì phân biệt giữa bộ phận được chỉ định chính xác với bộ phận bị hỏng sớm, là nền tảng của việc thiết kế, bảo trì và mua sắm thiết bị hiệu quả.

Câu trả lời trực tiếp cho câu hỏi lựa chọn cốt lõi là: các bộ phận làm nóng bằng điện đốt khô và các bộ phận làm nóng ngâm đều là các bộ phận điện trở có vỏ bọc hình ống ở hầu hết các dạng phổ biến, nhưng chúng được thiết kế cho các điều kiện vận hành khác nhau về cơ bản. Một bộ phận đốt khô hoạt động trong không khí hoặc môi trường khí khác và phải quản lý sự tản nhiệt của chính nó thông qua bức xạ và đối lưu ra bầu khí quyển xung quanh. Một bộ phận làm nóng ngâm hoạt động chìm trong môi trường chất lỏng, chủ yếu là nước và dựa vào khả năng truyền nhiệt cao hơn nhiều của sự đối lưu chất lỏng để quản lý nhiệt độ bề mặt của bộ phận. Việc sử dụng một trong hai loại bên ngoài môi trường được thiết kế hoặc chỉ định sai mật độ watt cho điều kiện vận hành là nguyên nhân chính dẫn đến hỏng hóc phần tử sớm ở cả hai loại. Bài viết này trình bày chuyên sâu về cả hai loại phần tử, giải thích các nguyên tắc xây dựng chi phối hiệu suất của chúng và cung cấp khung đặc tả để lựa chọn chính xác.

Bộ phận làm nóng là gì và nó chuyển đổi điện thành nhiệt như thế nào

A yếu tố làm nóng là một dây dẫn điện có điện trở suất được điều khiển, tạo ra nhiệt khi có dòng điện chạy qua, chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng theo định luật Joule thứ nhất: nhiệt sinh ra tỉ lệ với bình phương dòng điện nhân với điện trở và thời gian đặt vào. Mối quan hệ vật lý cơ bản này có nghĩa là công suất đầu ra của bộ phận làm nóng tính bằng watt hoàn toàn được xác định bởi điện trở và điện áp đặt trên nó, làm cho điện trở của bộ phận làm nóng trở thành biến số kỹ thuật quan trọng mà nhà thiết kế kiểm soát để đạt được công suất đầu ra xác định tại một điện áp cung cấp nhất định.

Dây điện trở: Lõi hoạt động của mọi bộ phận làm nóng bằng điện

Thành phần tạo nhiệt chủ động của hầu như tất cả các bộ phận làm nóng công nghiệp và gia dụng là dây điện trở hoặc dải được quấn thành cuộn hoặc được tạo hình thành một dạng cụ thể và sau đó được bọc trong một lớp vỏ bảo vệ. Các hợp kim kháng được sử dụng rộng rãi nhất là:

• Nichrome (hợp kim niken crom): Hợp kim kháng chiếm ưu thế cho các ứng dụng bộ phận làm nóng nói chung, chứa 80% niken và 20% crom ở dạng phổ biến nhất. Nichrome có điện trở suất khoảng 110 microohm cm, khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ lên tới 1.200 độ C, độ ổn định cơ học tốt ở nhiệt độ cao và lịch sử sử dụng lâu dài trong cả ứng dụng đốt khô và ngâm. Nó là vật liệu tiêu chuẩn cho các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ dưới 1.000 độ C trong môi trường oxy hóa.
• Hợp kim nhôm crom sắt (FeCrAl): Một hợp kim ferit chứa sắt, crom (thường từ 20 đến 25 phần trăm) và nhôm (4 đến 6 phần trăm) tạo thành thang đo bề mặt alumina khi đun nóng thay vì thang đo oxit crom. Hợp kim FeCrAl có nhiệt độ sử dụng tối đa cao hơn nichrome, thường là 1.300 đến 1.400 độ C và là lựa chọn tiêu chuẩn cho các bộ phận lò nhiệt độ cao, lò nướng công nghiệp và bất kỳ ứng dụng nào có nhiệt độ vượt quá phạm vi thực tế của nichrome. Điện trở suất cao hơn so với nichrom có ​​nghĩa là cần có độ dài phần tử ngắn hơn cho một giá trị điện trở nhất định.
• Các yếu tố kháng thép không gỉ: Được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng ngâm ở nhiệt độ thấp trong đó chi phí và khả năng chống ăn mòn được ưu tiên hơn khả năng chịu nhiệt độ tối đa. Các thành phần thép không gỉ làm dây dẫn điện trở kém hiệu quả hơn so với nichrome hoặc FeCrAl nhưng mang lại độ bền tuyệt vời trong nước và điều kiện sử dụng hóa chất nhẹ.

Cấu trúc vỏ bọc hình ống thống trị cả hai loại phần tử

Phần lớn các bộ phận làm nóng ngâm và đốt khô được sản xuất ở dạng vật lý cơ bản giống nhau: phần tử hình ống có vỏ bọc bằng kim loại cách nhiệt bằng khoáng chất (MIMS), còn được gọi là phần tử MI hoặc phần tử hình ống có vỏ bọc. Cấu trúc bao gồm một cuộn dây điện trở đặt giữa một ống kim loại, với khoảng trống giữa dây và ống được lấp đầy và nén bằng bột magie oxit (MgO). Chất độn MgO cung cấp cách điện giữa dây điện trở và vỏ kim loại, dẫn nhiệt từ dây đến vỏ bọc và hỗ trợ cơ học giúp dây không bị rung hoặc di chuyển trong quá trình vận hành và luân chuyển nhiệt. Vỏ kim loại bảo vệ dây điện trở và lớp cách điện khỏi môi trường hoạt động, đồng thời vật liệu của nó được chọn để phù hợp với các điều kiện sử dụng cụ thể của ứng dụng.

Mật độ watt của phần tử, được biểu thị bằng watt trên mỗi cm vuông diện tích bề mặt bên ngoài vỏ bọc, là thông số kỹ thuật quan trọng nhất quyết định hiệu suất của phần tử và tuổi thọ sử dụng trong bất kỳ ứng dụng nào. Mật độ watt cao hơn tập trung nhiều năng lượng hơn vào diện tích bề mặt ít hơn, làm tăng nhiệt độ bề mặt vỏ bọc trong điều kiện vận hành nhất định, làm tăng tốc độ oxy hóa và suy thoái. Thông số mật độ watt chính xác cho môi trường mà phần tử sẽ hoạt động là quyết định kỹ thuật cơ bản trong việc lựa chọn phần tử.

Các bộ phận làm nóng bằng điện đốt khô: Thiết kế và ứng dụng

A yếu tố làm nóng điện đốt khô được thiết kế để hoạt động với bề mặt vỏ bọc tiếp xúc với không khí, khí hoặc vật liệu rắn mà không tiếp xúc trực tiếp với môi trường lỏng để truyền nhiệt. Trong điều kiện vận hành này, nhiệt được loại bỏ khỏi bề mặt phần tử chủ yếu bằng bức xạ và đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức với khí quyển xung quanh, cả hai đều là cơ chế truyền nhiệt kém hiệu quả hơn nhiều so với đối lưu chất lỏng có sẵn trong ứng dụng ngâm. Tỷ lệ loại bỏ nhiệt thấp hơn này có nghĩa là nhiệt độ bề mặt phần tử tăng lên mức cao hơn đáng kể đối với công suất đầu vào nhất định, điều này đặt ra các giới hạn nghiêm ngặt về mật độ watt có thể được duy trì một cách an toàn mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ của vật liệu vỏ bọc hoặc gây ra quá trình oxy hóa dây điện trở sớm.

Giới hạn mật độ Watt cho các phần tử cháy khô

Các phần tử đốt khô hoạt động trong đối lưu không khí tự do thường được xác định ở mật độ watt từ 1,5 đến 3,5 watt trên mỗi cm vuông, so với 5 đến 20 watt trên mỗi cm vuông đối với các phần tử ngâm trong nước. Sự chênh lệch gần gấp sáu lần về mật độ watt tối đa này phản ánh trực tiếp sự khác biệt về hệ số truyền nhiệt giữa đối lưu không khí và đối lưu nước lỏng. Khi đối lưu không khí cưỡng bức được áp dụng bởi quạt hoặc quạt gió trong lò nướng hoặc bộ sưởi không khí cưỡng bức, tốc độ không khí tăng lên sẽ cải thiện khả năng truyền nhiệt và cho phép mật độ watt cao hơn một chút, nhưng sự cải thiện này rất khiêm tốn so với điều kiện ngâm trong chất lỏng.

Hậu quả thực tế của giới hạn mật độ watt này là các phần tử đốt khô đối với một công suất đầu ra nhất định đòi hỏi diện tích bề mặt lớn hơn và do đó có chiều dài lớn hơn các phần tử ngâm công suất tương đương. Đây là lý do tại sao các bộ phận lò nướng công nghiệp và bộ phận làm nóng lò thường được quấn thành nhiều vòng hoặc tạo thành các hình dạng phức tạp nhằm tối đa hóa diện tích bề mặt trong không gian lắp đặt sẵn có.

Vật liệu vỏ bọc cho điều kiện đốt khô

Vỏ bọc của bộ phận đốt khô phải chịu được sự tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa mà không tạo thành lớp oxit quá mức có thể khiến các bộ phận nối với nhau hoặc làm suy yếu cấu trúc của vỏ bọc. Vật liệu vỏ bọc phổ biến cho các ứng dụng đốt khô là:

• Thép không gỉ loại 304 hoặc 316: Vật liệu vỏ bọc tiêu chuẩn cho các bộ phận đốt khô trong các thiết bị gia dụng và các ứng dụng thương mại nhẹ có nhiệt độ bề mặt vỏ bọc lên tới khoảng 750 độ C. Lớp 316 có khả năng chống lại sự tấn công của clorua tốt hơn trong môi trường ẩm ướt nhưng không vượt trội hơn nhiều so với lớp 304 trong dịch vụ không khí tinh khiết ở nhiệt độ cao.
• Thép không gỉ mác 321 và 347: Các lớp ổn định có bổ sung titan hoặc niobi có khả năng chống lại sự nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt ở nhiệt độ trong khoảng 500 đến 850 độ C, trong đó các lớp không ổn định có thể chịu kết tủa cacbua và giảm khả năng chống ăn mòn.
• Incoloy 800 và 825: Hợp kim crom sắt niken có khả năng chống oxy hóa và độ bền rão vượt trội ở nhiệt độ lên tới khoảng 1.000 độ C, được sử dụng cho các bộ phận lò nướng và lò công nghiệp nơi nhiệt độ vận hành vượt quá khả năng của các loại thép không gỉ.
• Chất tẩy rửa silicon cacbua và molypden: Vật liệu phần tử gốm được sử dụng trong các ứng dụng lò nung có nhiệt độ cao nhất trên 1.200 độ C, nơi vỏ bọc kim loại không còn khả thi. Đây là những vật liệu chuyên dụng được sử dụng trong nung gốm sứ, sản xuất thủy tinh và lò nung trong phòng thí nghiệm thay vì các ứng dụng sưởi ấm thông thường.

Các ứng dụng phổ biến của các yếu tố đốt khô

Các bộ phận làm nóng bằng điện đốt khô được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng công nghiệp và gia dụng ở những nơi nhiệt phải được truyền đến chất khí, chất rắn hoặc bề mặt mà không tiếp xúc với chất lỏng:

• Lò sấy và thiết bị sấy công nghiệp: Các bộ phận hình ống ở dạng vây hoặc dạng trơn làm nóng không khí được lưu thông bởi quạt lò, lớp phủ bảo dưỡng, vật liệu sấy khô và chế biến thực phẩm và dược phẩm ở nhiệt độ được kiểm soát từ 50 đến 400 độ C.
• Bếp điện và bếp nấu bằng gốm thủy tinh: Các phần tử hình ống bên dưới mặt kính gốm truyền nhiệt bằng bức xạ và dẫn truyền qua kính đến dụng cụ nấu bên trên, hoạt động ở nhiệt độ vỏ bọc từ 600 đến 800 độ C trong quá trình sử dụng bình thường.
• Máy sưởi không gian và quạt sưởi: Các phần tử dạng ống hoặc cuộn hở có vây làm nóng luồng không khí từ quạt, với nhiệt độ phần tử được giới hạn ở phạm vi an toàn cho khoảng cách gần với đồ nội thất và người ở, thường là nhiệt độ vỏ bọc dưới 600 độ C.
• Lò nướng và lò nướng điện dùng trong gia đình: Các bộ phận nướng bức xạ phía trên hoạt động ở nhiệt độ vỏ rất cao (trên 800 độ C) để tạo ra cường độ nhiệt bức xạ đủ để nướng thực phẩm trong thời gian ngắn.

Bộ phận làm nóng ngâm: Thiết kế cho dịch vụ chất lỏng

Một yếu tố làm nóng ngâm được thiết kế để hoạt động chìm hoàn toàn trong môi trường lỏng, phổ biến nhất là nước trong các ứng dụng làm nóng nước sinh hoạt và thương mại, cũng như dầu, dung dịch hóa học, chất lỏng chế biến thực phẩm và chất lỏng xử lý công nghiệp trong các ứng dụng chuyên dụng. Đặc điểm xác định của dịch vụ ngâm là hệ số truyền nhiệt đối lưu chất lỏng rất cao ở bề mặt phần tử, cho phép loại bỏ nhiệt khỏi bề mặt vỏ bọc hiệu quả đến mức nhiệt độ bề mặt phần tử vẫn gần với nhiệt độ chất lỏng ngay cả ở mật độ watt có thể gây ra lỗi nhanh chóng trong ứng dụng đốt khô.

Tại sao các phần tử ngâm có thể duy trì mật độ watt cao hơn nhiều

Nước ở áp suất khí quyển có hệ số truyền nhiệt trong đối lưu tự nhiên khoảng 200 đến 1.000 watt trên mét vuông trên độ C, so với giá trị đối lưu không khí từ 5 đến 25 watt trên mét vuông trên độ C. Sự chênh lệch khoảng hai bậc độ lớn này có nghĩa là đối với cùng một nhiệt độ bề mặt vỏ bọc cao hơn môi trường xung quanh, nước sẽ loại bỏ lượng nhiệt trên một đơn vị diện tích bề mặt nhiều hơn khoảng 50 đến 100 lần so với không khí. Đây là lý do tại sao các phần tử nhúng có thể hoạt động ở mật độ watt cao hơn từ 5 đến 10 lần so với các phần tử đốt khô mà không vượt quá nhiệt độ vỏ bọc an toàn, cho phép thiết kế phần tử nhỏ gọn hơn nhiều để có công suất đầu ra tương đương.

Một bộ phận ngâm trong máy nước nóng điện gia dụng tiêu chuẩn hoạt động ở mức xấp xỉ 8 đến 12 watt trên mỗi centimet vuông trong dịch vụ nước, mức mật độ watt có thể khiến vỏ bọc bộ phận đạt tới trên 1.000 độ C nếu hoạt động trong không khí mà không có nước phủ, dẫn đến hỏng bộ phận gần như ngay lập tức. Hình minh họa rõ ràng này về sự phụ thuộc vào điều kiện vận hành giải thích tại sao nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến hỏng bộ phận ngâm trong máy nước nóng gia đình là do vận hành không có lượng nước phủ đầy đủ, do mực nước trong bể thấp hoặc hình thành túi khí xung quanh bộ phận ngâm trong quá trình đổ đầy.

Vật liệu vỏ bọc cho các ứng dụng ngâm

Vật liệu vỏ bọc của phần tử ngâm phải chống lại sự ăn mòn từ môi trường chất lỏng trong suốt thời gian sử dụng của phần tử, bởi vì bất kỳ sự ăn mòn nào của vỏ bọc cuối cùng sẽ vi phạm cách điện và gây ra hỏng hóc phần tử hoặc đưa các sản phẩm ăn mòn vào chất lỏng nóng lên có thể gây hại hoặc không mong muốn:

• Vỏ đồng: Được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ngâm xi lanh nước nóng sinh hoạt cho dịch vụ nước từ mềm đến cứng vừa phải. Đồng có tính dẫn nhiệt tuyệt vời (tốt hơn thép không gỉ gấp 10 lần), khả năng chống ăn mòn nước nhẹ tốt và giá thành tương đối thấp. Nó không phù hợp với nước có độ cứng cao trên khoảng 300 mg/lít canxi cacbonat tương đương, khi tỷ lệ tích tụ cặn quá cao hoặc đối với các hệ thống có đường ống kim loại hỗn hợp nơi tồn tại rủi ro ăn mòn điện.
• Loại thép không gỉ 316L: Vật liệu vỏ tiêu chuẩn cho các bộ phận ngâm trong nước cứng, nước có độ mặn nhẹ và các ứng dụng chế biến thực phẩm mà đồng không phù hợp hoặc có nguy cơ ô nhiễm là điều đáng lo ngại. Lớp 316L (cacbon thấp) giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn giữa các hạt so với lớp 316 tiêu chuẩn, kéo dài tuổi thọ sử dụng trong điều kiện nước khắc nghiệt.
• Titan: Vật liệu vỏ bọc cao cấp dành cho các bộ phận ngâm trong nước biển, dung dịch muối và dịch vụ hóa học mạnh mà loại thép không gỉ là không đủ. Titan hoàn toàn miễn nhiễm với sự ăn mòn rỗ do clorua gây ra tấn công thép không gỉ trong môi trường nước mặn và màng oxit của nó mang lại sự bảo vệ lâu dài đáng tin cậy trong nhiều điều kiện pH và nhiệt độ.
• Incoloy 800 và 825: Được sử dụng cho các bộ phận ngâm trong chất lỏng, dầu và dung dịch hóa học ở nhiệt độ cao trên phạm vi nhiệt độ của các loại thép không gỉ và trong các ứng dụng mà dầu có chứa lưu huỳnh sẽ gây ra sự ăn mòn sunfua hóa của vỏ bọc bằng thép không gỉ.

Tích lũy cặn vôi và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất của phần tử ngâm

Trong dịch vụ xử lý nước cứng, canxi cacbonat kết tủa từ dung dịch lên các bề mặt được làm nóng, tạo thành cặn vôi, dần dần cách nhiệt vỏ bọc bộ phận và cản trở sự truyền nhiệt vào nước. Khi cặn tích tụ, nhiệt độ vỏ phần tử tăng lên trên mức hoạt động bình thường để duy trì cùng công suất đầu ra trước khả năng chịu nhiệt tăng lên của lớp cặn. Các nghiên cứu về hiệu suất máy nước nóng sinh hoạt đã phát hiện ra rằng cặn vôi dày 1,6 mm trên bộ phận ngâm làm tăng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 12% và cặn lắng 6 mm làm tăng mức tiêu thụ khoảng 40%, đồng thời tăng nhiệt độ vỏ bọc lên mức đẩy nhanh quá trình oxy hóa và giảm đáng kể tuổi thọ của bộ phận. Do đó, việc tẩy cặn thường xuyên cho các bộ phận ngâm trong khu vực nước cứng vừa là biện pháp tiết kiệm năng lượng vừa là biện pháp bảo trì giúp trực tiếp kéo dài tuổi thọ sử dụng của bộ phận ngâm.

Đốt khô và các bộ phận làm nóng ngâm: So sánh trực tiếp

Bảng sau đây cung cấp sự so sánh song song giữa các thông số kỹ thuật chính và đặc tính vận hành của các bộ phận làm nóng ngâm và đốt khô để hỗ trợ các quyết định lựa chọn trên các thông số ứng dụng phổ biến nhất.

Phòng ngừa sai sót và thông số kỹ thuật chính xác để có tuổi thọ lâu dài

Phần lớn các hư hỏng của bộ phận làm nóng trong cả ứng dụng đốt khô và ngâm đều có thể phòng ngừa được thông qua thông số kỹ thuật ban đầu chính xác và thực hành vận hành phù hợp. Các cơ chế hư hỏng phổ biến nhất và cách phòng ngừa chúng là:

Ngăn ngừa lỗi chạy khô trong các phần tử ngâm

Lỗi chạy khô xảy ra khi phần tử ngâm hoạt động mà không có đủ chất lỏng bao phủ, khiến vỏ bọc đạt đến nhiệt độ hủy diệt trong vòng vài giây sau khi nước rơi xuống dưới phần tử. Phòng ngừa yêu cầu:

• Thiết bị cắt nhiệt: Mỗi quá trình lắp đặt phần tử ngâm phải bao gồm bộ ngắt nhiệt hoặc bộ điều chỉnh nhiệt để ngắt nguồn nếu nhiệt độ phần tử vượt quá giới hạn định trước, thường là 95 đến 110 độ C cho các ứng dụng làm nóng nước. Một số phần tử bao gồm một cầu chì nhiệt tích hợp giúp ngắt kết nối mạch vĩnh viễn trong một trường hợp quá nhiệt, yêu cầu thay thế phần tử; một số khác bao gồm bộ điều chỉnh nhiệt lưỡng kim có thể đặt lại và kết nối lại khi nhiệt độ giảm xuống mức an toàn.
• Bảo vệ mực nước thấp: Trong hệ thống đun nước nóng tự động, cảm biến mức độc lập hoặc công tắc phao giúp cắt điện cho bộ phận bất cứ khi nào mực nước giảm xuống dưới độ sâu an toàn tối thiểu phía trên bộ phận mang lại khả năng bảo vệ đáng tin cậy chống lại hiện tượng chạy khô trong điều kiện mực nước thấp độc lập với hệ thống bảo vệ nhiệt.
• Ngăn ngừa túi khí trong quá trình đổ đầy: Khi đổ đầy lại bình đun nước nóng hoặc bình ngâm đã cạn nước, hãy đảm bảo rằng tất cả không khí đã được đẩy ra khỏi xung quanh bộ phận trước khi cấp điện. Khi lắp đặt phần tử nằm ngang, nghiêng nhẹ bình để không khí thoát ra khỏi vùng phần tử hoặc đổ đầy từ từ qua kết nối phía dưới để cho không khí dâng lên tự nhiên trước mực nước dâng cao.

Bảo vệ quá nhiệt cho các bộ phận cháy khô

Lỗi phần tử đốt khô do nhiệt độ quá cao xảy ra khi phần tử được vận hành ở mật độ watt vượt quá khả năng loại bỏ nhiệt của không khí xung quanh, khi luồng không khí đi qua lò đối lưu cưỡng bức bị hạn chế hoặc khi phần tử vô tình bị bao phủ bởi vật liệu làm giảm khả năng tản nhiệt. Phòng ngừa yêu cầu:

• Đặc điểm kỹ thuật mật độ watt bảo thủ: Việc chỉ định các phần tử đốt khô ở đầu dưới của phạm vi mật độ watt thích hợp cho ứng dụng sẽ mang lại giới hạn an toàn trước các điều kiện vận hành có thể sai lệch so với các giả định về thiết kế, chẳng hạn như nhiệt độ môi trường cao hơn, luồng khí giảm hoặc cao hơn tần số chu kỳ dự kiến.
• Bảo trì giải phóng mặt bằng: Đảm bảo duy trì khoảng cách tối thiểu giữa các bộ phận liền kề và giữa các bộ phận với thành lò, giúp ngăn chặn các điểm nóng cục bộ khỏi hiện tượng tỏa nhiệt giữa các bộ phận và đảm bảo lưu thông không khí đầy đủ xung quanh từng bề mặt bộ phận.
• Bộ điều chỉnh nhiệt độ giới hạn nhiệt độ cao: Bộ điều nhiệt giới hạn cao độc lập sẽ cắt điện cho tất cả các bộ phận nếu nhiệt độ buồng lò vượt quá giá trị an toàn tối đa, bảo vệ cả các bộ phận và cấu trúc lò trong trường hợp bộ điều chỉnh nhiệt bị lỗi hoặc lỗi quy trình.

Đặc tả phần tử chính xác: Hướng dẫn lựa chọn thực tế

Khung sau đây bao gồm các bước đặc điểm kỹ thuật chính để chọn bộ phận làm nóng cho bất kỳ ứng dụng mới nào:

1. Xác định phương tiện hoạt động: Yếu tố này có hoạt động trong không khí, không khí cưỡng bức, nước, dầu hoặc dung dịch hóa học không? Việc xác định duy nhất này điều khiển phạm vi mật độ watt, lựa chọn vật liệu vỏ bọc và hệ số dạng phần tử.
2. Tính công suất cần thiết: Xác định công suất ở trạng thái ổn định cần thiết để duy trì quy trình ở nhiệt độ mục tiêu, tính đến tổn thất nhiệt từ bình chứa, tốc độ gia nhiệt cần thiết khi khởi động nguội và bất kỳ nhu cầu nhiệt thu nhiệt nào của quy trình. Thêm biên độ từ 10 đến 25 phần trăm vào giá trị tính toán này để tính đến sự xuống cấp của phần tử trong thời gian sử dụng.
3. Chọn mật độ watt tối đa: Chọn mật độ watt thích hợp cho môi trường vận hành từ các phạm vi tham chiếu đã thiết lập: 1,5 đến 3,5 W trên cm vuông đối với không khí tự do, 3 đến 6 W trên cm vuông đối với không khí cưỡng bức, 8 đến 15 W trên cm vuông đối với nước và 2 đến 5 W trên cm vuông đối với dầu tùy thuộc vào độ nhớt và nhiệt độ của dầu.
4. Tính diện tích bề mặt phần tử cần thiết: Chia công suất cần thiết cho mật độ watt tối đa đã chọn để đạt được diện tích bề mặt phần tử cần thiết tối thiểu, sau đó xác định sự kết hợp giữa chiều dài và đường kính phần tử để cung cấp diện tích này trong giới hạn không gian lắp đặt.
5. Chọn vật liệu vỏ: Hãy điều chỉnh vật liệu vỏ bọc phù hợp với môi trường vận hành, nhiệt độ và mọi yêu cầu về ăn mòn hóa học bằng cách sử dụng hướng dẫn lựa chọn vật liệu trong bài viết này, tránh sử dụng vật liệu cấp cao hơn khi nghi ngờ về điều kiện sử dụng lâu dài.
6. Chỉ định các thiết bị bảo vệ: Xác định nhiệt độ cắt nhiệt cần thiết, điểm đặt bộ điều chỉnh nhiệt và mọi mức hoặc khóa liên động dòng chảy cần thiết để ngăn hoạt động bên ngoài các điều kiện phủ sóng trung bình được thiết kế.

Việc áp dụng khung lựa chọn này sẽ loại bỏ một cách có hệ thống các nguyên nhân phổ biến nhất khiến bộ phận làm nóng bị hỏng sớm, giảm tần suất thay thế và đảm bảo rằng hiệu suất nhiệt của bộ phận đó phù hợp với yêu cầu ứng dụng trong suốt thời gian sử dụng dự định của nó. Khoản đầu tư ban đầu vào thông số kỹ thuật chính xác của loại phần tử, mật độ watt và vật liệu vỏ bọc luôn được thu hồi nhiều lần nhờ giảm chi phí bảo trì, cải thiện hiệu suất năng lượng và tránh thời gian ngừng hoạt động của quy trình trong suốt thời gian vận hành của hệ thống được làm nóng.