اختيار أنبوب التسخين المسبق للهواء الصناعي: المواد، وكثافة الواط، وتصميم الزعانف

يمكن لخط التجفيف الذي يعمل بمعدل 90 م3/دقيقة من الهواء أن يفقد حوالي 10 بالمائة من كفاءته في التسخين عندما تكون المسافة بين الزعانف على أنبوب التسخين المسبق للهواء ضيقة جدًا. في أغلب الأحيان، لا تكمن المشكلة الحقيقية في السخان نفسه، بل في عدم التطابق بين تصميم الأنبوب وظروف الهواء الفعلية. ولهذا السبب فإن اختيار أنبوب التسخين المسبق للهواء يعني موازنة درجة حرارة المادة، وكثافة الواط، وهندسة الزعانف قبل التثبيت، وليس بعد حدوث الفشل.

ما هو أنبوب التسخين الهواء؟

أنبوب التسخين المسبق للهواء هو أحد مكونات التبادل الحراري الذي يرفع درجة حرارة الهواء المتدفق عبر قناة أو فرن أو غرفة تجفيف. في أنظمة الغلايات، تقوم أجهزة التسخين المسبق الأنبوبية باستعادة الحرارة من غاز المداخن. في معدات التدفئة الكهربائية، يكون الأنبوب عبارة عن سخان مقاومة مغلق بغلاف معدني وعازل من أكسيد المغنسيوم، وفي معظم تطبيقات الهواء، زعانف لتوسيع سطح نقل الحرارة. يتم لف سلك المقاومة بشكل حلزوني ومعبأ بـ MgO، الذي ينقل الحرارة أثناء عزل الغلاف كهربائيًا. يتم لحام الغلاف وإغلاقه ولفه إلى القطر النهائي، عادةً من 6.5 مم إلى 12.5 مم. تركز هذه المقالة على الإصدار الذي يتم تسخينه كهربائيًا لأنه هو الإصدار الذي يحدده مهندسو العمليات في أغلب الأحيان كعنصر تصميم.

الأنواع الشائعة لأنابيب التسخين المسبق للهواء

تتوفر أنابيب التسخين المسبق للهواء القياسية في تكوينات مستقيمة، على شكل U، على شكل W، وعلى شكل O.

تكوينات مستقيمة، على شكل حرف U، وعلى شكل حرف W

الأنبوب المستقيم هو أبسط شكل ويناسب التركيبات التي يتطابق فيها الطول الساخن مع عمق القناة. يعود الأنبوب على شكل حرف U إلى نفسه، مما يسمح لقناة قصيرة باستيعاب طول تسخين فعال طويل. تضيف الأنابيب على شكل حرف W انحناءًا آخر، مما يوفر سطحًا أكثر نشاطًا داخل مساحة صغيرة. من الناحية العملية، يعد الشكل على شكل حرف U خيارًا افتراضيًا جيدًا لأفران الحمل الحراري لأنه يحافظ على أطراف التوصيل على نفس الجانب، مما يبسط الأسلاك. على سبيل المثال، أ أنبوب تسخين الهواء بزعانف على شكل حرف U يتم تحديده عادةً عندما يكون ارتفاع القناة محدودًا ولكن الطاقة المطلوبة عالية.

مخصص على شكل حرف U أنبوب التدفئة ذات الزعانف المصنعين والموردين Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. هي شركة صينية متخصصة في تصنيع أنابيب التدفئة ذات الزعانف OEM / ODM على شكل حرف U وأنابيب التدفئة ذات الزعانف على شكل حرف U. عرض المنتج →

الأنابيب ذات الزعانف مقابل الأنابيب الملساء

الأنابيب الملساء أسهل في التنظيف ومقبولة في أنظمة التدوير منخفضة الطاقة. تعتبر الأنابيب ذات الزعانف الاختيار القياسي لسخانات الهواء لأنها تضاعف مساحة نقل الحرارة. يتراوح عامل الزعنفة، وهو نسبة مساحة سطح الزعانف إلى مساحة الأنبوب المكشوف، عادةً من 2 إلى 4. في تسخين الهواء الكهربائي، يسمح عامل الزعنفة الأعلى بتوصيل نفس القوة الكهربائية عند حمل سطحي أقل، مما يقلل من خطر تقشر الأكسيد ويطيل عمر الأنبوب. ومع ذلك، لا ينبغي تجاهل الأنابيب الملساء: في معدات الغرف النظيفة أو حيث يلزم التعقيم المتكرر، فإن غياب الزعانف يمكن أن يجعل الصيانة أسهل إلى حد كبير.

اختيار المواد: القرار الأول الذي يؤثر على حياة الأنبوب

خطوة الاختيار الأولى هي مادة غمد. تحدد المادة الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المستمرة، وبدل التآكل، والعمر العملي للأنبوب. يقارن الجدول أدناه المواد الأكثر شيوعًا لأنابيب التسخين الكهربائي للهواء.

اختيار يحركه درجة الحرارة

يجب أن تظل درجة حرارة الغلاف القصوى أقل من نقطة أكسدة المادة. للتشغيل المستمر، يكون الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مناسبًا تحت 750 درجة مئوية. عندما تتجاوز درجة حرارة الهواء الخارج هذا المستوى، انتقل إلى 321 أو السبائك 800. يتم استخدام السبائك 840 عندما يقترب سطح الأنبوب نفسه من 900 درجة مئوية، على سبيل المثال في التصميمات عالية الكثافة للطاقة أو عندما تكون سرعة الهواء منخفضة.

مخاوف التآكل والتكثيف

في سخانات الهواء المسبقة، يمكن أن يحدث تآكل نقطة الندى عندما تنخفض درجة حرارة سطح الأنبوب إلى ما دون نقطة الندى للغاز المحيط. حتى في قناة يتم تسخينها كهربائيًا، يمكن أن تؤدي ظروف بدء التشغيل الباردة إلى تكوين مكثفات على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ. ثم تهاجم الكلوريدات والكبريتات الموجودة في هواء الورشة الغلاف. بالنسبة للبيئات ذات الرطوبة المعروفة، يوفر غمد Alloy 800 وحد الكثافة المنخفض واط هامشًا إضافيًا من الأمان.

كثافة الواط وتأثيرها العملي

كثافة الواط هي الطاقة مقسومة على مساحة السطح الساخنة، وعادةً ما يتم التعبير عنها بوحدة W/cm2. وهو الرقم الأكثر فائدة للتنبؤ بدرجة حرارة سطح الأنبوب. بنفس القوة الكهربائية، يكون للأنبوب ذي الزعانف كثافة واط أقل من الأنبوب الأملس لأن مساحة الزعنفة أكبر، وبالتالي يصبح الغلاف أكثر برودة. في تطبيقات الهواء القسري مع سرعة مجرى تبلغ 3 م/ث أو أكثر، يكون نطاق البداية من 3 إلى 5 وات/سم2 آمنًا للفولاذ المقاوم للصدأ. إذا كان تدفق الهواء غير منتظم أو كانت القناة صغيرة الحجم، فيمكن أن تتضاعف القيمة الفعالة في بعض المناطق، ولهذا السبب يظل العديد من المهندسين أقل من 3 واط / سم 2 حتى يتم التحقق من نمط التدفق الفعلي. بالنسبة لسخان بقدرة 10 كيلووات بمساحة 2000 سم2 بزعانف، تكون كثافة الوات 5 وات/سم2. إذا تم تقييم نفس السخان على منطقة الأنبوب المكشوف، فقد يبدو الرقم أعلى بكثير، لذا تأكد دائمًا من المنطقة التي يقتبسها المصنع.

قبل الانتهاء من التصميم، قارن الطاقة المحسوبة مع تدفق كتلة الهواء وارتفاع درجة الحرارة باستخدام Q = m * cp * dT. بمجرد معرفة الطاقة المطلوبة، اضبط طول الأنبوب وهندسة الزعانف للحفاظ على كثافة الواط داخل النطاق الآمن. يتوفر شرح مفصل لهذه العلاقة في المقالة حول كثافة واط في عناصر التسخين الكهربائي .

الأنابيب ذات الزعانف: سطح أكبر، درجة حرارة أقل

تغير الزعانف كيفية أداء أنبوب التسخين المسبق للهواء في القناة. بدون الزعانف، يكون معامل نقل الحرارة الخارجي للهواء منخفضًا، وبالتالي ترتفع درجة حرارة سطح الأنبوب بسرعة ويصبح سلك التسخين الداخلي أكثر سخونة من اللازم. باستخدام الزعانف، يرفض نفس الأنبوب المزيد من الحرارة لتدفق الهواء وتتحسن الكفاءة الإجمالية بشكل ملحوظ. والمقايضة هي انخفاض الضغط: حيث يؤدي تباعد الزعانف الأقرب إلى إنشاء مساحة سطح أكبر ولكن أيضًا المزيد من المقاومة، لذلك يجب أن تعمل المروحة بجهد أكبر. بالنسبة للهواء المغبر أو الليفي، تكون مسافة الزعنفة الأوسع أكثر أمانًا حتى لو كان الأداء الحراري أقل قليلاً. يحدد ارتفاع الزعنفة وسمكها ودرجة ميلها عامل الزعنفة. يبلغ ارتفاع الزعنفة الشائعة من 6 إلى 15 ملم، وسمكها من 0.3 إلى 0.5 ملم، وعمقها من 3 إلى 6 ملم. عندما يكون الطلب مرتفعا، أ أنبوب تسخين بزعانف على شكل حرف W يعطي المزيد من السطح في نفس البصمة. في القنوات الدائرية، أ أنبوب تسخين بزعانف على شكل O تم تصميمه لتتبع المقطع العرضي وتقليل المناطق الميتة بالقرب من جدار القناة.

مخصص أنبوب التدفئة ذات الزعانف على شكل O المصنعين والموردين Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. هي الشركة المصنعة لأنابيب التسخين ذات الزعانف OEM / ODM المخصصة في الصين ومصنعي أنابيب التسخين ذات الزعانف على شكل O في الصين. عرض المنتج →

مخصص أنبوب التدفئة ذات الزعانف على شكل W المصنعين والموردين Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. هي الشركة المصنعة لأنابيب التدفئة ذات الزعانف OEM / ODM المخصصة في الصين ومصنعي أنابيب التدفئة ذات الزعانف على شكل W في الصين. عرض المنتج →

اختيار أنبوب التسخين المسبق للهواء: قائمة مرجعية خطوة بخطوة

تمنع قائمة المراجعة المنظمة الأخطاء النموذجية في التركيبات الجديدة: كثافة الواط الكبيرة، أو المواد الخاطئة، أو مساحة الزعنفة غير الكافية. استخدم التسلسل التالي عند تحديد أنبوب التسخين المسبق للهواء.

1. تحديد تدفق كتلة الهواء، ودرجة حرارة المدخل، ودرجة حرارة المخرج المطلوبة. احسب إجمالي الطاقة اللازمة.
2. اختر كثافة الواط المستهدفة. بالنسبة لسرعات مجاري الهواء التي تزيد عن 3 م/ث، تعتبر 3-5 وات/سم2 نقطة بداية معقولة؛ اخفض القيمة إذا كان تدفق الهواء متغيرًا.
3. حدد مادة الغلاف من الحد الأقصى لدرجة حرارة سطح الأنبوب المتوقعة وأي خطر تآكل في البيئة.
4. اختر بين الأنابيب الملساء والزعانف. يُفضل استخدام الأنابيب ذات الزعانف ما لم تكن قابلية التنظيف هي الأولوية القصوى.
5. تأكد من اتجاه التركيب ونصف قطر الانحناء وموضع المزدوجات الحرارية والتوصيلات الكهربائية مع الشركة المصنعة قبل الإنتاج.

لمزيد من الإرشادات حول تحسين النظام العام، اقرأ عن كيفية تحسين كفاءة استخدام الطاقة في أنظمة تسخين الهواء الصناعية باستخدام أنابيب تسخين الهواء الفعالة .

الأعطال الشائعة والوقاية منها

حتى الأنبوب المحدد جيدًا يمكن أن يفشل إذا اختلفت ظروف التثبيت عن التصميم. الأعطال الأكثر شيوعًا هي ارتفاع درجة الحرارة وانهيار العزل والأضرار الميكانيكية للزعانف.

• الاحتراق الزائد عن الحد: يظهر هذا كمنطقة مرئية متغيرة اللون على الغلاف. عادةً ما يأتي ذلك من كثافة واط عالية جدًا بالنسبة لمعدل التدفق الفعلي، أو من عطل في المروحة. تحقق من اتجاه تدفق الهواء وسرعته، وأضف مفتاح التدفق.
• فشل العزل: يظهر هذا كتيار تسرب عندما يمتص أكسيد المغنيسيوم الرطوبة، غالبًا بعد إيقاف التشغيل البارد. اسمح للأنبوب أن يبرد تدريجيًا وحافظ على جفاف حجرة الطرف.
• أضرار الزعانف: تؤدي الزعانف المنحنية أو المفقودة إلى زيادة درجة الحرارة المحلية وتقليل انتقال الحرارة. حماية السخان أثناء المناولة والصيانة، وتنظيف رواسب الغبار دون استخدام أدوات حادة.

الحماية الحرارية ليست اختيارية. يمكن أن يمنع منظم الحرارة الأساسي عالي الحد أو قفل تدفق الهواء معظم حالات فشل الاحتراق. لمزيد من ممارسات السلامة، قم بمراجعة قواعد السلامة الأساسية لملفات التدفئة واتصالاتها .

الاستنتاج

اختيار أنبوب التسخين المسبق للهواء هو قرار هندسي يعتمد على أربعة أرقام: درجة حرارة الهواء الخارج، المساحة المتوفرة، سرعة الهواء، وكثافة الواط. عندما يتم معرفة الأربعة جميعها، تصبح هندسة المادة والزعانف واضحة. عندما يتم تجاهل أحدهما، فمن المحتمل أن يفشل الأنبوب قبل فترة الخدمة المتوقعة. في نظام التدفئة الصناعية، تكون بضع ساعات من مراجعة التصميم في مرحلة المواصفات دائمًا أرخص من إيقاف التشغيل الناتج عن سخان صغير الحجم أو غير متطابق.