راه حل های مهندسی برای برنامه های منهای 40 درجه
پیام بگذارید
هنگامی که تجهیزات صنعتی باید در دمای منفی 40 درجه سانتیگراد کار کنند، روش های گرمایش معمولی اغلب به شدت شکست می خورند. خدمه تعمیر و نگهداری در میادین نفتی قطب شمال، ایستگاههای تحقیقات علمی و تأسیسات تدارکات زنجیره سرد اغلب متوجه میشوند که بخاریهای کارتریج استاندارد در عرض چند هفته پس از قرار دادن روشن نمیشوند، در اثر شوک حرارتی ترک نمیخورند یا خراب نمیشوند. این خرابیها به دلیل مشکلات اساسی در مواد و طراحی است که وقتی دما به حدی میرسد که فولاد شکننده میشود و مهر و مومهای معمولی سنگ میشوند، بسیار مهم میشوند.{3}.
گرمایش در - 40 درجه مسائل مشخصی را ارائه میکند که به روشهای مهندسی تخصصی نیاز دارد. جرم حرارتی اطراف بخاری در این دماها به عنوان یک هیت سینک تهاجمی عمل می کند و گرما را سریعتر از هوای اطراف از بخاری می گیرد. به همین دلیل، ما باید انتظارات خود را برای چگالی توان تغییر دهیم. کاربردهای استاندارد ممکن است به 20 تا 40 وات بر سانتی متر مربع نیاز داشته باشند، اما در مکان های بسیار سرد، تراکم 50 تا 60 وات بر سانتی متر مربع معمولاً فقط برای رسیدن به دمای کاری مورد نیاز است. اما این خروجی حرارتی بالاتر، فشار بیشتری را به قسمتهای داخلی وارد میکند، بهویژه سیم مقاومت، جایی که دمای موضعی میتواند از سطوح مطمئن بالاتر برود حتی زمانی که غلاف بیرونی در برابر یخ زدگی میجنگد.
هنگام انتخاب مواد برای بخاریهای کارتریج درجهبندی{0} برودتی، استحکام در دماهای پایین باید از استانداردهای استاندارد بالاتر باشد. فولاد ضد زنگ 304 که در گرمایش صنعتی عمومی بسیار استفاده می شود، در دمای منفی 40 درجه انعطاف پذیری کمتری پیدا می کند و ممکن است با سرد شدن ترک بخورد. فولاد ضد زنگ 316L عملکرد برتری دارد زیرا نیکل بیشتر و کربن کمتری دارد و هنگامی که دما زیاد تغییر می کند کیفیت مکانیکی خود را بهتر حفظ می کند. آلیاژهای Inconel 600 یا 625 بهترین انتخاب برای سخت ترین مشاغل هستند. آنها در برابر خستگی حرارتی بسیار مقاوم هستند و حتی زمانی که دما از سطوح برودتی به سطوح بالاتر از 500 درجه سانتیگراد تغییر می کند، شکل خود را حفظ می کنند.
در دمای منفی 40 درجه، مدیریت رطوبت به اولویت اصلی کیفیت فضای داخلی ساختمان تبدیل می شود. بخار آبی که در حین ساخت داخل بدنه بخاری گیر می کند یا از آب بندی های غیر ایده آل عبور می کند، یخ می زند و منبسط می شود. این باعث ایجاد فشار در داخل بخاری می شود که می تواند عایق را شکافته یا عایق الکتریکی را بشکند. عایق اکسید منیزیم با خلوص بالا برای هدایت حرارتی و عایق الکتریکی عالی است، اما باید با اتصال سرامیکی-به-به فلز یا ترکیبات اپوکسی خاصی که برای عملکرد برودتی درجه بندی شده اند، مهر و موم شود. عملیات پر کردن خلاء{8}}از شکافهایی که در آن رطوبت ایجاد میشود خلاص میشود، و مراحل پخت-بعد از ساخت، اطمینان حاصل کنید که رطوبت باقیمانده قبل از ارسال از بین رفته است.
برای کاربردهای بسیار سرد، طراحی انتهای سرد و چیدمان سیم سربی نیاز به مراقبت ویژه دارد. در - 40 درجه، مهر و موم های سیلیکونی استاندارد سخت و شکننده می شوند، که می تواند باعث ایجاد ترک هایی شود که رطوبت هوا را وارد می کند. ترکیبات سیلیکونی با دمای پایین- یا مهر و موم های سرامیکی که برای این منظور ساخته شده اند، انعطاف پذیر می مانند و به خوبی در تمام محدوده دما می بندند. عایق سیم های سربی نیز نباید شکننده شود. ترکیبات PVC شکسته می شوند و از بین می روند، اما فایبرگلاس با تفلون یا سیلیکون کیفیت دی الکتریک و انعطاف پذیری خود را حفظ می کند. مسیریابی سرنخ ها باید امکان انقباض حرارتی را بدون وارد کردن فشار به پایانه ها فراهم کند، زیرا تفاوت در انقباض بین فلز سرد و عایق باعث ایجاد تنش مکانیکی زیادی می شود.
روش های نصب برای برنامه های زیر منفی 40 درجه بسیار متفاوت از روش های معمولی است. هنگامی که غلاف بخاری داغ می شود، فلز اطراف بیش از غلاف بخاری منقبض می شود، که ممکن است باعث شود قطر سوراخ هایی که به درستی در دمای اتاق قرار می گیرند، شل شوند. این فضا اجازه ورود هوا را می دهد که بخاری را از نظر حرارتی ایزوله می کند و ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد آن در مناطق خاص و احتمالاً از کار افتادن آن شود. استانداردهای مهندسی معمولاً برای استفاده از روش برودتی، تداخل های سخت تری را درخواست می کنند، گاهی اوقات 0.08 تا 0.10 میلی متر، تا اطمینان حاصل شود که فشار تماس کافی در هنگام کاهش دما وجود دارد. افزودنیهای ضد{7}}ضد گرفتگی که مخصوصاً برای دماهای زیر صفر درجهبندی میشوند، نگهداری آینده را آسانتر میکنند و در عین حال اجازه میدهند گرما از آن عبور کند.
استراتژیهای سیستمهای کنترل باید تأخیر حرارتی را که بخش عادی سیستمهای گرمایش برودتی است، در نظر بگیرد. سینک حرارتی بزرگ که منهای 40 درجه ابزار یا مواد فرآیندی است، ثابتهای زمانی طولانی ایجاد میکند که کنترل آن برای الگوریتمهای PID معمولی دشوار است. تنظیم تهاجمی باعث می شود دما بالا و پایین شود و باعث شوک حرارتی شود، در حالی که تنظیمات محتاطانه باعث می شود گرمایش بیشتر طول بکشد. روشهای کنترل پیشرفته که از جبران پیشخور یا الگوریتمهای پیشبینی مبتنی بر مدل استفاده میکنند، بهترین پروفیلهای گرمایشی را برای این ویژگیهای حرارتی دشوار، متعادلسازی سرعت واکنش با پایداری، پیدا میکنند.
تنوع کاربردها شامل طیف گسترده ای از زمینه ها، از پشتیبانی زمینی هواپیما تا انبار سرد برای داروها است. گرمایش خط لوله قطب شمال باعث می شود سیستم های حمل و نقل نفت و گاز جریان داشته باشند حتی زمانی که آب و هوا واقعاً بد است. در محیطهای تحقیقاتی برودتی، تجهیزات علمی از این بخاریها برای ثابت نگه داشتن دمای میزهای نوری و آمادهسازی نمونهها استفاده میکنند. در تدارکات زنجیره سرد، بخاری های کارتریجی برای جلوگیری از یخ زدن سیستم های نوار نقاله و نگه داشتن تجهیزات حمل خودکار در دمای مناسب در انبارهای یخ زده استفاده می شود. برای هر کاربرد، مهم است که مشخصات بخاری را به دقت با بارهای حرارتی، شرایط آب و هوایی و نیازهای قابلیت اطمینان مطابقت دهید.3.jpg
تعمیر و نگهداری به جای رفع مشکلات پس از وقوع، نظارت بر استرس را برای جلوگیری از مشکلات انجام می دهد. آزمایش منظم مقاومت عایق رطوبتی را پیدا می کند که قبل از وقوع یک خرابی بزرگ وارد آن می شود. تصویربرداری حرارتی لکههای داغی را پیدا میکند که نشان میدهد شکافهای هوا در حال شکلگیری هستند یا بخاریها در حال خراب شدن هستند. پیگیری ساعات کاری و چرخه های حرارتی این امکان را فراهم می کند که تخمین بزنیم که چه زمانی نیاز به تعویض وجود دارد قبل از اینکه خرابی عملیات را متوقف کند. این روشها بهویژه در کاربردهایی مفید هستند که دمای آن منفی 40 درجه است و دسترسی به بخاریهای شکسته ممکن است نیاز به گرم کردن کل سیستمها و زمان طولانیتری برای تعمیر آنها داشته باشد.
منطق اقتصادی برای بخاریهای کارتریجی دارای رتبه-برودتی از هزینههای صرف اجزا فراتر میرود تا قابلیت اطمینان کلی سیستم را در بر گیرد. بخاری های درجه یک ساخته شده برای آب و هوای بسیار سرد هزینه بیشتری نسبت به بخاری های معمولی دارند، اما هزینه توقف برنامه ریزی نشده در تجهیزات مهم قطب شمال یا علمی معمولاً بسیار بیشتر از هزینه خود بخاری است. مشخصات، نصب و نگهداری مناسب، این قطعات را از چیزهایی که اغلب نیاز به تعویض دارند، به سیستمهای بادوام- تبدیل میکند که در شدیدترین شرایط حرارتی جهان به کار خود ادامه میدهند.
