اصل گرمایش همرفتی - مزایای اصلی گرمکن‌های کارتریج سر مخزن پایین نسبت به گرمایش جانبی
اکثر سیستم‌های کنترل دمای سیال صنعتی به جای قوانین انتقال حرارت فیزیکی، به طرح گرمایش تجربی متکی هستند. بسیاری از اپراتورهای تجهیزات قدرت گرمایش را افزایش می دهند و ساعات کار را برای حل مشکلات دمای مخزن و یخ زدگی افزایش می دهند، اما اثر بهبود واقعی بسیار محدود است. علت اصلی در نقض ویژگی‌های همرفت طبیعی سیال توسط حالت گرمایش جانبی نهفته است، در حالی که بخاری‌های کارتریج سر مخزن، کنترل دمای مخزن کارآمد و یکنواخت را بر اساس اصل گرمایش از پایین به- علمی انجام می‌دهند.
محیط سیال دارای ویژگی های فیزیکی حرارتی ثابتی است: محیط با دمای پایین- چگالی بالایی دارد و به پایین فرو می رود، در حالی که محیط با دمای بالا- چگالی پایینی دارد و به سمت بالا شناور می شود. بخاری‌های کارتریج جانبی استاندارد نصب شده در قسمت میانی و بالای دیواره مخزن، ابتدا محیط شناور با دمای بالا را گرم می‌کنند و در نتیجه انباشته شدن گرما در مخزن بالایی و دمای پایین مداوم در پایین ایجاد می‌شود. حالت انتشار حرارت غیرفعال نمی تواند حالت طبقه بندی دما را بشکند و مناطق کور گرمایشی برگشت ناپذیر را تشکیل می دهد.
مقایسه مکانیسم کاری زیر شکاف اساسی بین دو حالت گرمایش در انتقال حرارت سیال را نشان می دهد:
|
حالت گرمایش |
مسیر انتقال حرارت |
حالت همرفت سیال |
ویژگی توزیع دما |
منطق استفاده از گرما |
|---|---|---|---|---|
|
گرمایش جانبی درج شده |
بخاری ← متوسط بالایی ← انتشار منفعل رو به پایین |
همرفت غیرفعال ضعیف، گردش سیال ضعیف |
درجه حرارت بالا بالا، دمای پایین پایین، طبقه بندی آشکار |
سرریز گرمای جزئی، استفاده موثر کم |
|
گرمایش پایین سر مخزن |
بخاری → متوسط پایین → همرفت فعال رو به بالا |
گردش خون فعال قوی، گردش کلی مایع |
دمای کلی یکنواخت، بدون طبقه بندی منطقه کور |
گرمایش پایین هدفمند، استفاده موثر بالا |
بخاری‌های کارتریج سر مخزن در گرم کردن محیط پایین{0}در دمای پایین پیشرو هستند و گردش همرفتی فعال رو به بالا را تشکیل می‌دهند. محیط پایین گرم شده به طور پیوسته بالا می رود، در حالی که محیط با دمای پایین{2}}بالا برای گرم کردن مجدد به پایین فرو می رود و به گردش کلی مداوم و تعادل دمای سیال مخزن پی می برد. با توجه به داده‌های آزمایش تصویربرداری حرارتی، حالت گرمایش همرفتی فعال، اختلاف دمای کلی مخزن را از 15 درجه + گرمایش جانبی به 4 درجه کاهش می‌دهد و دمای ثابت یکنواخت واقعی را به دست می‌آورد.
منطق انتقال حرارت معقول به طور موثر از تضعیف عملکرد متوسط جلوگیری می کند. گرمای جانبی باعث گرمای موضعی درازمدت مایع فوقانی می‌شود که تجزیه مولکولی و پیری محیط‌های شیمیایی، فرآورده‌های نفتی و محلول‌های آبی را تسریع می‌کند و در نتیجه خلوص متوسط کاهش می‌یابد و چرخه جایگزینی کوتاه می‌شود. گرمایش همرفتی یکنواخت پایین هیچ انباشت گرمای موضعی ندارد، دمای گرمایش پایدار هر لایه سیال را حفظ می کند و به طور موثر سرعت متوسط پیری را به تاخیر می اندازد.
بهبود راندمان حرارتی مزایای آشکاری برای صرفه جویی در انرژی-به ارمغان می آورد. انتشار گرمای غیرفعال بخاری‌های جانبی مقدار زیادی سرریز گرمای نامعتبر ایجاد می‌کند که بیشتر گرما در فضای مخزن بالایی پخش می‌شود و نمی‌تواند در مناطق کور با دمای پایین- عمل کند. گرمایش سر مخزن، ناحیه پایین{4}}درجه حرارت پایین با انرژی گرمایی متمرکز را هدف قرار می‌دهد و همرفت فعال راندمان انتقال حرارت را به طور جامع بهبود می‌بخشد. داده‌های عملکرد بلندمدت تأیید می‌کند که حالت گرمایش پایین 25٪ تا 30٪ در مصرف انرژی الکتریکی در مقایسه با گرمایش جانبی تحت همان استاندارد دما صرفه‌جویی می‌کند.
طرح چند لوله‌ای یکپارچه، تعادل همرفت را بیشتر بهینه می‌کند. بخاری‌های کارتریج سر مخزن، متفاوت از گرمایش متمرکز تک لوله‌ای بخاری‌های استاندارد، از چینش لوله‌ای{3}}شکل U استفاده می‌کنند که ناحیه گرمایش پایین را گسترش می‌دهد و از گرمای بیش از حد موضعی ناشی از قدرت بالای تک نقطه‌ای جلوگیری می‌کند. منبع گرمای توزیع شده یکنواخت، گردش سیال را با ثبات تر و متوسط تر هدایت می کند و دمای ثابت تمام مناطق مخزن را تضمین می کند.
اصل گرمایش علمی، فرض اصلی کنترل دمای مخزن کارآمد و پایدار است. صرفاً افزایش توان گرمایشی نمی تواند نقص طبقه بندی دما ناشی از منطق گرمایش اشتباه را برطرف کند. برای تمام سناریوهای دمای ثابت سیال ظرف بسته و سناریوهای ضد یخ، بخاری‌های کارتریج سر مخزن بر اساس قوانین انتقال حرارت همرفتی می‌توانند اساساً اثر گرمایش و پایداری عملکرد سیستم را بهینه کنند. طرح قدرت حرفه ای و تطبیق ساختاری را می توان با توجه به حجم مخزن و مشخصات متوسط انجام داد تا مزایای گرمایش همرفت را به حداکثر برساند.
