En specialkemifabrik rapporterade ett ovanligt symptom: en doppvärmare av PTFE i en viskös polymerlösning avgav ett skarpt knastrande eller poppande ljud under den första timmen av uppvärmning-upp varje morgon. Ljudet upphörde när badet nådde börvärdet. Värmaren var inte synligt skadad och strömdraget var normalt. Men ljudet var ett varningstecken-lokal kokning inträffade vid värmarens yta under uppvärmningsfasen-.
Ångljud under uppvärmning-är ett symptom på att filmen kokar vid PTFE-ytan. Värmarens yttemperatur är tillräckligt hög för att förånga vätskan i kontakt med den, men ångan kan inte fly snabbt eftersom vätskan är trögflytande. Ångbubblorna kollapsar våldsamt när de lossnar, vilket skapar ett poppande ljud.
Varför viskösa bad producerar ångljud
I en vätska med låg-viskositet som vatten lossnar ångbubblor lätt och stiger upp till ytan. De kollapsar tyst i den kallare bulkvätskan. Processen är smidig och inget brus genereras.
I en viskös vätska är gränsskiktet vid värmarens yta tjockt. Ångbubblor som bildas på ytan kan inte lossna lätt eftersom den trögflytande vätskan motstår deras rörelse. Bubblorna växer sig större innan de går loss. När de slutligen lossnar kollapsar de snabbt, och kollapsen genererar en tryckvåg som hörs som ett knäppande eller sprakande ljud.
| Vätskeviskositet | Bubbla lossnar | Bubbelstorlek vid avskiljning | Kollapsenergi | Bullernivå |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Lätt | Små | Låg | Ingen |
| 10–100 mPa·s | Måttlig | Måttlig | Måttlig | Svag |
| 100–1 000 mPa·s | Svår | Stor | Hög | Hörbar |
| >1 000 mPa·s | Väldigt svårt | Mycket stor | Mycket hög | Högt |
Viskositet och dess effekt på bubbellossning och brusgenerering
Varför uppvärmning-är den mest sårbara fasen
Under uppvärmning-går värmaren på full effekt. Yttemperaturen är högre än den är under stabil-drift eftersom bulkvätskan är kallare och temperaturskillnaden mellan värmaren och vätskan är större. Den högre yttemperaturen ökar hastigheten för ångbildning.
Vätskan är också mer trögflytande under uppvärmning-. Viskositeten för de flesta vätskor minskar när temperaturen stiger. En polymerlösning som är 15 000 mPa·s vid 25 grader kan vara 5 000 mPa·s vid 60 grader . Under uppvärmning{10}} är vätskan nära värmaren svalare och mer trögflytande än den är vid börvärdet. Den trögflytande vätskan fångar ångbubblorna och ljudet är högre.
Varför ångbrus är viktigt
Ångljud är inte bara ett irritationsmoment. Det indikerar att lokal kokning sker vid värmarens yta. Kokningen skapar en ångfilt som isolerar ytan. Yttemperaturen stiger och PTFE bryts ned snabbare än det skulle göra under normala driftsförhållanden.
Den upprepade kollapsen av ångbubblor skapar också mekanisk belastning på PTFE. Tryckvågorna från kollapserna träffar polymerytan. Med tiden kan stressen orsaka utmattningssprickor och blåsor.
Förhindrar ångljud i trögflytande bad
Det mest effektiva förebyggandet är att sänka värmarens yttemperatur under vätskans kokpunkt. Detta kräver att man minskar wattdensiteten och förbättrar flödet vid värmarens yta.
En lägre wattdensitet-0,5–0,8 W/cm²-sänker yttemperaturen med 15–25 grader jämfört med 1,0–1,2 W/cm². Den lägre temperaturen håller ytan under kokpunkten i de flesta trögflytande vätskor.
Förbättrat flöde vid värmarens yta-från en ejektor, en recirkulationspump eller en mekanisk omrörare-minskar gränsskiktets tjocklek och sänker yttemperaturen. En lokal hastighet på 0,3–0,5 m/s är tillräcklig för att förhindra ångljud i de flesta trögflytande vätskor.
| Förebyggande åtgärd | Effekt på yttemperatur | Genomförande |
|---|---|---|
| Lägre wattdensitet, 0,5–0,8 W/cm² | 15–25 grader lägre | Värmare design |
| Lärare vid värmare | 20–30 grader lägre | Liten pump eller tryckluft |
| Återcirkulationsslinga | 25–35 grader lägre | Pump och rörledningar |
| Mekanisk agitation | 15–25 grader lägre | Omrörare eller omrörare |
Förebyggande åtgärder för ångljud i trögflytande bad
När ångbrus indikerar ett designproblem
En värmare som avger ångljud trots låg wattdensitet och förbättrat flöde indikerar att värmarens design inte är anpassad till den trögflytande vätskan. En anpassad PTFE elpatronskonfiguration med mycket låg wattdensitet, stor yta och en flödesoptimerad-position tar itu med grundorsaken till lokal kokning. Specifikationsprocessen kräver vätskeviskositeten vid driftstemperatur, kokpunkten, värmarens position, flödesförhållandena och erforderlig effekt. För anläggningar med trögflytande processvätskor minskar detta applikations-specifika tillvägagångssätt ångljud och förlänger värmarens livslängd.
