מחליפי חום

סוגי מחליפי חום

ביישומי תהליך רבים, החלפת צד הצינור באלמנט חימום חשמלי מביא יתרונות רבים, השוואת שתי שיטות החימום – מחליף חום חשמלי לעומת מחליף חום צינורות:

מחליפי חום חשמליים

מחליפי חום חשמליים הם הפתרון הטוב ביותר לחימום נוזלים הזורמים בהסעה מאולצת. מחליפי חום חשמליים פועלים באותו אופן כמו מחליף חום נוזל / נוזל אבל הצד החם מורכב תנורים חשמליים משוריינים במגע ישיר עם הנוזל המחומם. חילוף חום אופטימלי מתקבל באמצעות עיצוב גופי חימום מותאמים כדי לנצל בצורה הטובה ביותר את החום המשוחרר על ידי ההתנגדות החשמלית.

הודות למאפיינים הספציפיים של תנורי חימום, מחליפי חום חשמליים הם קומפקטיים מאוד ומספקים שליטה מדויקת מאוד של טמפרטורת הנוזל. מערכות אלו, למעשה, מאופיינות על ידי אינרציה תרמית מינימלית של הצד החם של מחליף החום ובכך מאפשרות לספק מענה מהיר מאוד לצרכי התהליך בטמפרטורת מוצא מדויקת. זה נכון במיוחד אם בקרת גופי החימום נעשית על ידי SCR בבקרה רציפה.

איור 1 מציג את הבנייה של מחליף חום חשמלי אופייני. יש קווי דמיון למחליף חום צינור, שניהם בנויים לחימום המדיום. ההבדל הוא שמחליף חום משתמש בצינורות או מעברים דרכם זורם חומר (נוזל או גז) חם או קר. במקום צינורות, במחמם החשמלי יש אלמנט חימום חשמלי. כמעט כל החום החשמלי שנוצר על ידי חימום חשמלי במחמם מועבר לתוך המדיום, ולכן תנור חשמלי הוא בעל אחוזי יעילות גבוהים במיוחד, הנושקים ל-100 אחוז.

איור 1: מחליף חום חשמלי

התאמה אישית של מחליף חום

על מנת לשלב מחליפי חום חשמליים במחזור לתהליך מסוים. עליך לאסוף את כל פרטי היישום ולהעביר אותם לספק. להלן נתוני היישום הדרושים:

• תיאור הבקשה.
• מתח אספקת חשמל.
• הספק (KW) – אם כבר ידוע.
• שם מחליף החום.
• תכונות תרמו דינמיות של המדיה המחוממת.
• קצב זרימה (או קצב זרימת המסה או קצב זרימה נפחית בתנאי לחץ / טמפרטורה סטנדרטיים).
• טמפרטורת הכניסה של המדיום.
• טמפרטורת מוצא הנדרשת.
• טמפרטורת תכנון.
• לחץ עבודה.
• לחץ תכנון.
• חיישני התהליך ו / או חיישני גבול גבוה והסוג הרצוי.
• כל האילוצים הדרושים (גבולות אורך, גבולות שטח רצפה, גבולות גובה, גבולות זרם וכדומה).
• כל ההעדפות (לקוחות רבים עשויים לקבוע שימוש בחומר מסוים לשימוש, גודלי זרבובית / מפרקים מסוימים, צפיפות וואט מרבית על אלמנטים של תנור וכדומה).
• מיקום מסוכן, קבוצת גז וטמפרטורות דירוג טמפרטורות (לפי NEC, IEC או קודים אחרים, דבר המשפיע על סוג גופי החימום, קופסאות חיבורים, כניסות כבלים ולוחות חשמל ובקרה).
• בידוד תרמי (אם תרצה וגם אם עובי בידוד ידוע).
• כל דרישות מיוחדות אחרות.
• ניתוח כדי לקבוע את חומרי המבנה המתאימים, צפיפות וואט לסמ"ר ותצורת מחליפי החום.

כיצד בוחרים מחליפי חום?

לאחר שאספתם את כל פרטי היישום ועניתם על הדרישות הספציפיות נותר לענות על השאלה כיצד בוחרים מחליפי חום. על שאלה זו נענה בפירוט הפרמטרים החשובים ביותר:

1. הספק חשמלי מתאים

על מנת לבחור מחליפי חום המתאימים לתהליך יש לבדוק ראשית האם יש במתקן הספק חשמלי מספיק עבורם. בדיקה הנעשית על ידינו, על סמך מידע היישום שסופק. זה מבטיח כי לפתרון מחליף החום החשמלי המוצע יהיה מספיק כוח זמין עבור חימום ועיבוד נאותים. יש לקחת בחשבון גורם בטיחות של כ-10 אחוזים מעל לדרישות ההספק המחושב על מנת לפצות על הפסדים פוטנציאליים, או כאשר נוצר במערכת אירוע הדורש חום (הספק) נוסף לזמן קצר. כאשר מידע היישום אינו ברור, נהוג לחשב גורם בטיחות של 20 אחוזים כדי לספק מרווח נוסף עבור שגיאה.

2. סוגי חומרים והתאמתם לקורוזיביות של החומר המחומם

בדרך כלל נהוג לבחור חומר שימזער את הקורוזיה של מחליפי החום על ידי המדיום וזאת על מנת לספק חיי שירות ארוכים ומצד שני למזער את העלות. זה מבוסס על קורוזיביות של החומר המחומם, כמו גם טמפרטורות שירות.

במקרים מסוימים, החומר ממנו עשויים גופי החימום הוא החומר ברמה הגבוהה יותר ועולה על שאר הציוד במחזור. הסיבות לכך הן רבות, לדוגמה, סגסוגת אלוי 800 משמשת לגופי החימום לחימום מים בתהליך, ואילו חומר כלי הוא פלדת פחמן. סגסוגת אלוי 800 הרבה יותר יקרה מאשר פלדת פחמן לגופי החימום, עם זאת, גישה זו מונעת קורוזיה מואצת של גופי החימום כתוצאה מזיהום מים ע"י חומצות, סודה קאוסטית וכדומה (שפעמים רבות מוספות למים כחלק מהתהליך) קורוזיה מואצת זו מאכלת במהירות את הקיר הדק יחסית של אלמנט גוף החימום, העשוי פלדה פחמן או חומרים אחרים מסגסוגת נמוכה.

לעיתים סוגיה זאת נפתרת בשימוש באמצעות 304 SS (בדרך כלל חלופה זו בעלת עלות נמוכה יותר מסגסוגת אלוי 800), עם זאת, עלול נושא הקורוזיה היונית בחימום מים המכילים כלורידים, כמו גם, ביישומים של חימום גז, לאלץ שימוש באלוי 800 למניעת קורוזיה מואצת.

3. קביעת צפיפות הספק

יצרני מחממים חשמליים תעשייתיים פיתחו תקן צפיפות הספק עבור אלמנטי חימום בשימוש במגוון של יישומים במחמם תהליכי. צפיפות הספק היא מידה של כמות ההספק שנוצר לכל יחידת שטח על פניו של אלמנט חימום חשמלי. זה לא רק מציין כמה "חם" אלמנט החימום מבחוץ, אלא מספק אינדיקציה כמה "חם" חוט ההתנגדות הפועל מבפנים. המטרה היא לשמור על חוט ההתנגדות בטמפרטורה נמוכה ככל האפשר, כדי למנוע מתחים תרמים קיצוניים. ערך צפיפות ההספק משפיע על אורך חיי גוף החימום.

מטרה נוספת היא לא לקבל את משטח החימום החיצוני חם מדי, מכיוון שהוא עלול להזיק למדיום מחומם. היתרון, לעומת זאת, באמצעות צפיפות וואט גבוהה יותר היא כי יצרני מחליפי חום לתעשייה יכולים לארוז יותר הספק לתוך אריזה קטנה ולהפחית את הגודל הכולל ואת העלות של החימום.

השוואה לדרוג צפיפות הספק בין מי תהליך ושמן מראה הבדלים דרמטיים במקסימום צפיפות ההספק. מים הם מוליך טוב בהעברת אנרגיית חום מאלמנט חימום, ולכן צפיפות וואט יכולה להיות גבוהה יותר. אבל צפיפות הספק גבוהה מדי תגרום לרתיחה – למעשה אלמנט החימום יפעל בתוך "בועה" של קיטור. עכשיו במקום מים שם כדי למשוך חום הרחק אלמנט החימום, הבועה יוצרת שכבת בידוד וגורמת לטמפרטורת החימום באזור זה כדי לגדול באופן דרמטי עד כדי גרימת כשל של גוף החימום.

עכשיו נבדוק שמן. שמן הוא צמיגי יותר ממים, כך מקדם העברת חום הוא נמוך יותר. משמעות הדבר היא שלגוף החימום יש קושי להעברת החום לתוך מדיום השמן. כמו כן, אנחנו צריכים לשמור על צפיפות הספק נמוך יותר כדי למנוע פחמן או coking של השמן. אם הטמפרטורה היא חמה מדי, זה יגרום שכבת "בידוד" פחמן להיווצר על גוף החימום, מה שיוביל לתנור לפעול בטמפרטורה גבוהה יותר. כאשר שכבת הפחמן גדלה, טמפרטורת החימום עולה כדי לפצות על חוסר היכולת של המדיום למשוך חום מגוף החימום. התוצאה היא טמפרטורות פנימיות גבוהות יותר וחיי אלמנט קצרים יותר.

במחמם תהליכי, משמשים לעתים קרובות בשיטות שונות כדי לנסות להגביר את צפיפות ההספק במטרה של שמירה על עלויות החימום נמוכות. אחת השיטות הנפוצות היא להשתמש ב- baffles.

Baffles הם למעשה "צלחות" או חלקי "צלחות" המותקנות לאורך גופי החימום וגורמות לגז או לנוזל לזרום על פני אלמנטים חימום במקום במקביל לאלמנטים. זה מגביר מאוד את המערבולת ואת "פעולת הניגוב" של אלמנטי החימום ומאפשר לחומר המחומם לספוג יותר אנרגית חום. שימוש ב Baffles יכול להגביר את צפיפות ההספק בכ-10 ל-25 אחוזים.

החיסרון של שימוש baffles היא הגדלת מפל הלחץ על פני מחליפי החום בתהליך. מפל לחץ גדול מדי עלול לגרום להאט קצב הזרימה של המערכת כולה. מפל לחץ הוא בדרך כלל בעיה גדולה יותר עם גזים מאשר עם נוזלים. הגדלת קוטר קו כניסה ויציאה כמו גם הגדלת קוטר כלי החימום יכול לסייע בהפחתת ההשפעות של מפל הלחץ.

מחליפי חום לתעשייה ברמי רז הנדסה בע"מ

בחירת מחליף חום דורשת ידע, ניסיון והבנה עמוקה של הנושא. ישנם משתנים רבים בבחירת מחליפים העונים לדרישות: הספק הנכון, חומרי מבנה מתאימים, בעלי תכונות תרמיות שיבטיחו חיסכון בעלויות וכמובן יתנו את התוצאות הרצויות בזמן הקצר ביותר. כל זאת תוך שמירה על תכונות ואיכויות החומרים המחוממים וכן שמירה על מחליף החום עצמו, על מנת שישרת אותנו לאורך זמן וביעילות מקסימלית.

רמי רז הנדסה מתכננת, מספקת ומתקינה מחליפי חום חשמליים בהספקים שונים, מחומרי מבנה מגוונים המתאימים למגוון גדול של חומרים.
מחליפי חום אלו מתאימים להתקנה בסביבה תעשייתית, עמידים בתנאים קשים ומותאמים לאזורים בטוחים ואזורים מוגני פיצוץ. אנו ערוכים לתכנן ולספק מערכות משלימות למחליפי החום, לוחות חשמל ובקרה, אספקת חשמל וכל הנחוץ לתהליך.