Kako se PTFE cijevi za grijanje upoređuju u principu rada s metalnim i kvarcnim cijevima za grijanje?

U mnogim industrijskim okruženjima s primjenama korozivnog uranjanja, kao što su kemijska obrada, galvanizirane kupke ili linije za kiseljenje kiselinom, izbor materijala cijevi za grijanje ponekad uzrokuje probleme u radu. Korozija cijevi uzrokuje rani kvar, varijacije od-do- serije u efikasnosti grijanja i veće troškove zamjene zbog zastoja. Takvi problemi se javljaju ako se metalne, kvarcne ili PTFE cijevi za grijanje koriste bez dobrog razumijevanja principa rada u odnosu na teške fluide i zahtjeve procesa.

Sve električne cijevi za grijanje rade na istom principu otpornog grijanja (ponekad se naziva i Joule grijanje). Električna struja prolazi kroz žicu visokog otpora, obično nihrom ili ekvivalentnu leguru, umetnutu u cijev. Proizvedena toplota je tačno proporcionalna otporu protoku struje. Ovo je Jouleov zakon i kaže da je izlazna energija proporcionalna kvadratu struje i otporu žice. Razlike između metalnih, kvarcnih i PTFE cijevi za grijanje su u omotaču ili kućištu oko ovog elementa, što određuje prijenos topline, izdržljivost u radnim okolnostima i kompatibilnost sa okolnim fluidom.


Otporni element se nalazi u metalnom omotaču (nerđajući čelik, Incoloy, titan, itd.) u obliku metalnih grejnih cevi. Visoka toplotna provodljivost omotača (obično veća od 15 W/m·K za nerđajuće varijante) prenosi unutrašnju toplotu brzo prema van. Ovaj provodni mehanizam osigurava kratko vrijeme odziva, a time i brzo povećanje{4}}temperature i preciznu kontrolu u neutralnim ili blago korozivnim fluidima. U stvarnim aplikacijama metalne cijevi dobro funkcioniraju u otopinama na bazi vode ili uljima gdje direktan kontakt s tekućinom dovodi do efikasnog konvektivnog prijenosa. Ali u neprijateljskim tečnostima kao što su one sa visokim pH ili oksidirajućim hemikalijama, toplota povećava hemijske reakcije na površini i omotač će korodirati. Dolazi do udubljenja ili stanjivanja, što dovodi do izlaganja elementa, curenja ili izgaranja. Iskustvo industrije je da čak i legure odabrane za spremnike imaju tendenciju da se ubrzano propadaju u grijačima zbog lokaliziranih uvjeta visoke temperature koji mogu utjecati na stope napada.

Kvarcne cijevi za grijanje su različite, metalni element je unutar debelog omotača od kvarcnog stakla. Kvarc je providan za infracrveno svjetlo. Dakle, prijenos topline uključuje provodljivost plus emisiju zračenja iz filamenta kroz prozirni omotač. Hibridni mehanizam je pogodan za aplikacije koje zahtijevaju ujednačenu distribuciju i bez direktnog metalnog kontakta, posebno u bistrim kiselim otopinama. Kvarc je otporan na većinu kiselina u pH opsegu od 0 do 7 i može tolerisati povišene površinske temperature. Stacionarne kupke pružaju stabilan odgovor na radne uslove. Imaju vrlo malo ljuštenja jer je staklena površina glatka. Međutim, kvarc je podložan termičkom udaru, vibracijama ili mehaničkim udarima, koji su sve prisutni u agitiranim rezervoarima gdje lom može biti uzrokovan naglim promjenama temperature ili fizičkim kontaktom. Kvarc ima vrlo kratak vijek trajanja u agresivnim tekućinama kao što su fluorovodonična kiselina ili jaki kaustici i ograničen je na određene hemije bez{10}}fluorida.

Međutim, PTFE cijevi za grijanje štite otporni element pomoću omotača od fluoropolimera, obično 0,030- inča zida od politetrafluoroetilena omotanog preko metalnog jezgra. Generisanje toplote je isti džulov mehanizam, ali se prenos vrši preko niže toplotne provodljivosti PTFE - oko 0,25 W/m·K - što zahteva veće površine ili kontrolisane gustine u vatima kako bi se izbegle vruće zakrpe u unutrašnjosti. Kondukcija je i dalje dominantan put, čak i uz pomoć prirodne konvekcije u fluidu, ali ukupne stope su iza onih za metalne konstrukcije. Sa svoje strane, PTFE pokazuje izuzetnu hemijsku inertnost, otporan na skoro sve kiseline, baze, rastvarače, čak i fluorovodoničnu kiselinu u skromnim količinama. Neljepljiva površina sprječava ljuštenje ili nakupljanje elektrode i produžava vijek trajanja u visoko reaktivnim uvjetima gdje bi metal ili kvarc brzo otkazali. Odgovor na radne okolnosti je prije stabilnost na dugi rok nego brzi biciklizam. PTFE ima odličnu fleksibilnost kada je prisutna termička ekspanzija bez lomljenja, ali temperature omotača moraju ostati ispod oko 260 stepeni kako bi se izbjegla degradacija polimera. Za primjenu u stvarnom svijetu, PTFE cijevi pružaju mnogo kraće intervale održavanja u postrojenjima koja obrađuju hromnu ili dušičnu kiselinu u usporedbi s drugim alternativama.

Ove osnove grijanja uronjavanjem se veoma razlikuju od opštijih metoda grijanja koje se nalaze u komercijalnim okruženjima. Performanse cijevi se zasnivaju na direktnom kontaktu sa tekućinom, za razliku od mnogih konvencionalnih električnih grijača (otvoreni-namotaj, rebra, itd.) zagrijavaju zrakom ili indirektno. Električni sistemi podnog grijanja ravnomjerno raspoređuju toplotu preko kablova ugrađenih u beton ili podne materijale, što dovodi do sporog i stabilnog grejanja prostora umesto brzog odziva tečnosti. Zidni{5}}kotlovi prenose toplotu iz izmjenjivača topline u zagrijanu vodu ili paru, što znači dodatni korak prijenosa koji smanjuje efikasnost u direktnim procesnim primjenama. Kakav god da je materijal cijevi za uranjanje, ona će direktno zagrijati medij, i to efikasno i lokalno. Izbor omotača je ključ konzistentnosti i životnog vijeka.

Industrijsko iskustvo je pokazalo da različiti praktični aspekti mogu pomoći pri odabiru i spriječiti tipične greške. Gustoća u vatima mora biti kompatibilna s materijalom omotača i parametrima fluida. Iako su vrlo otporne na koroziju, PTFE cijevi se mogu lokalno pregrijati ako su previše opterećene. Hemija fluida, uključujući sve aditive i radne temperature, mora se temeljito provjeriti jer toplina ubrzava reakcije koje materijali rezervoara mogu tolerirati. Kvarcne cijevi su jeftino rješenje u linijama za oblaganje za ne-HF kiseline, ali PTFE je potreban za kupke koje sadrže fluor ili jako alkalne. Metalne cijevi, koje u blažim klimatskim uvjetima pružaju ekonomičnu brzinu, ali im je potrebna redovna provjera radi rane korozije. Operateri također trebaju uzeti u obzir miješanje rezervoara i kontrolu nivoa. Djelomično potapanje može uzrokovati-hot spotove na svim vrstama.

Ukratko, glavni principi odabira zasnivaju se na usklađivanju efikasnosti generiranja topline, mehanizama prijenosa i trajnosti materijala sa specifičnim potrebama primjene. Metalne cijevi su poželjnije kada je potrebna brza provodljivost i velika gustoća u vatima. Kvarcne cijevi pružaju dobar kompromis stabilnosti zračenja i otpornosti na kiseline za regulirana okruženja. PTFE cijevi su najinertnije za najagresivnije hemije, ali po cijenu sporijeg prijenosa. Rješenje za prijenos topline u brojnim industrijskim primjenama je funkcija uvjeta procesa i fizičkih svojstava fluida koji su prilagođeni da daju pouzdan rad uz minimalno vrijeme zastoja.