Como escolher o comprimento correto da zona fria para um aquecedor de PTFE em um tanque coberto-cheio de vapor?

Freqüentemente, um tanque com tampa selada e aparafusada é usado para armazenar líquidos de processo voláteis ou corrosivos sob circunstâncias regulamentadas. Mas o ambiente acima da superfície do líquido não é nada inerte. O headspace geralmente é preenchido com um vapor aquecido e saturado que pode ser quimicamente hostil, condutor e agredir componentes elétricos ao longo do tempo. O aquecedor de imersão, feito de PTFE e inserido através da tampa do tanque, deve, portanto, passar pelas condições de imersão em líquido, bem como por esta zona de vapor corrosivo, antes de atingir um ambiente externo seguro. Uma zona fria normal para instalações-abertas pode ser inadequada e o conjunto do terminal pode estar sujeito a ataques químicos constantes.

Portanto, a seleção de um tanque de vapor coberto com aquecedor de PTFE com comprimento de zona fria adequado é crucial para fornecer isolamento seguro entre a química do processo e o equipamento de terminação elétrica.

Papel da zona fria no projeto do aquecedor de PTFE
Princípio de Isolamento Térmico e Elétrico
Para um aquecedor de PTFE, a zona fria é a-extensão estrutural não aquecida entre o elemento de aquecimento ativo e o gabinete do terminal. Impede principalmente que a exposição ao calor e a produtos químicos danifique conexões elétricas delicadas.

Em sistemas de tanques cobertos esta função é mais complicada, porque o espaço de vapor não é ar neutro, mas sim um ambiente químico ativo. Dependendo do método, o vapor pode conter:

Vapores de ácido

Vapor de solvente orgânico

Condensados ​​carregados de umidade

Aerossóis corrosivos.

Consequentemente a zona fria tem que ter uma barreira térmica e uma coluna de separação física.

Para aumentar a altura manométrica do aquecedor, a zona fria deve ser um pescoço longo e seguro elevando-se acima do mar de vapor corrosivo.

Requisitos de geometria do tanque de vapor (com tampa)
Fases externas de líquido e vapor
O dimensionamento adequado da zona fria leva em consideração muitas zonas verticais dentro do conjunto do tanque:

Zona líquida imersa

Área de headspace de vapor

Espessura da tampa do tanque e design do flange

Região de ar ambiente externa ao tanque

A zona fria deve estender-se por todas as zonas interiores de exposição química e deve terminar apenas em ar ambiente limpo.

Isso garante que nenhum vapor corrosivo possa se acumular ou que possam ocorrer ciclos de condensação na caixa de terminais.

Importância da localização da caixa terminal
O invólucro do terminal deve ser sempre externo ao ambiente do tanque. Isso significa em termos práticos:

Sem exposição ao espaço de vapor

Nenhum contato com zonas de condensação ao redor das superfícies da tampa

Nenhuma condução de calor do interior do tanque

Colocação completa em condições atmosféricas ambientais.

A classificação do invólucro, portanto, é uma função das condições externas de instalação e não da química interna do tanque.

Problemas de espaço de vapor
Propriedades da temperatura do vapor
Para muitos tanques cobertos, a temperatura do espaço de vapor está próxima da temperatura do líquido a granel. Isso fornece um ambiente químico de alta temperatura que pode:

Corrosão mais rápida de metais expostos

Os materiais de isolamento deterioram-se

Incentive ciclos de condensação em superfícies mais frias

Melhorar a difusão química em juntas e vedações

É por isso que a zona de vapor não pode ser considerada um ambiente-de baixo risco.

Transporte de vapor através da superfície do aquecedor
Existe também a possibilidade adicional de formação de vapor ao redor da parte externa da bainha do aquecedor. A distância de separação inadequada pode permitir que o vapor:

Treina a haste do aquecedor

Perto da área do flange, condensação

Penetração da interface da junta

Alcance áreas de junção terminal

Um comprimento da zona fria adequadamente projetado evita que esta migração atinja a área da terminação elétrica.

Método de seleção do comprimento da zona fria
Entradas críticas de design
Base para determinação do comprimento ideal da zona fria Layout do tanque de vapor coberto pelo aquecedor de PTFE.

Altura do nível máximo de líquido

Espessura da tampa do tanque

Altura do espaço de vapor e temperatura

Altura do flange de montagem

Critérios de liberação ambiental externa

Toda a zona fria deverá ser superior à altura de exposição interna, acrescida de uma margem de segurança adicional acima da superfície do tanque.

Margem de segurança acima da regata
Uma diretriz importante de projeto é posicionar a caixa de terminais suficientemente acima da tampa do tanque para evitar:

Exposição à condensação de vapor

Respingos na agitação ou carregamento

Condução de calor através de hardware de montagem

Acúmulo-de produtos químicos nas superfícies dos flanges

Esse buffer garante estabilidade-de longo prazo sob diferentes condições de processo.

Estratégia de vedação e contenção de vapor
Requisitos de vedação secundária
O método de vedação é um aspecto crítico em sistemas cobertos para evitar o escape de vapor através de conexões mecânicas. Muitas vezes é necessário um sistema de vedação suplementar no flange de montagem.

As abordagens comuns incluem:

Interfaces de juntas estanques ao vapor

Juntas de flange-seladas por compressão

Compostos de vedação resistentes a produtos químicos

Sistemas de montagem com barreira-dupla

Estas técnicas evitam que o vapor escape para além da zona de confinamento designada.

Prevenção de caminhos de condensação externa
E mesmo que o vazamento de vapor seja interrompido, poderá formar-se condensação em superfícies externas mais frias. O projeto adequado da zona fria garantirá que qualquer zona de condensação esteja bem abaixo do hardware de terminação elétrica.

Controle de gradiente térmico
Evite transferência de calor para a caixa de terminais
A zona fria também é um buffer de gradiente térmico. Se não for suficientemente longo, a condução de calor do processo pode elevar a temperatura do invólucro do terminal.

O superaquecimento nos terminais pode causar:

Degradação do isolamento

Amolecimento do selo

Menor força de folga elétrica

Envelhecimento dos componentes acelerado

A zona fria adequadamente estendida permite que os gradientes térmicos diminuam completamente antes de atingir a interface elétrica.

Questões de segurança elétrica
Seleção de classificações de gabinete de terminal
A caixa de ligação está situada no ar ambiente e por isso o seu grau de proteção deve considerar variáveis ​​ambientais exteriores, por exemplo:

Exposição à poeira

Umidade ambiente

Categorização de instalação exterior/interior

Não pode ser selecionado com base nas condições químicas internas do tanque, pois o invólucro é fisicamente protegido desse ambiente quando projetado adequadamente.

Instalação e Estabilidade Mecânica
Suporte estrutural estendido para zonas frias
Zonas frias mais longas também criam considerações mecânicas, incluindo:

Maior momento fletor no flange de montagem

Sensibilidade à vibração de instalações altas

Requer suportes de suporte externos

Compensação de expansão-térmica

O reforço mecânico adequado fornece estabilidade e alinhamento a longo prazo.

Conclusão:
Para um tanque coberto com vapor, a zona fria deve ser adequadamente projetada para manter a química agressiva do processo separada dos componentes elétricos sensíveis. O comprimento do aquecedor de PTFE da zona fria que cobre o tanque de vapor deve ser suficiente para cobrir toda a região do líquido, o espaço de vapor corrosivo e o conjunto da tampa do tanque, terminando apenas em ar ambiente limpo onde a caixa de terminais possa operar com segurança.

Isso cria uma zona fria - uma barreira estrutural e térmica propositalmente prolongada - para proteger as conexões elétricas contra exposição química e transferência de calor. A longevidade de um aquecedor, em última análise, é uma questão de manter suas partes mais sensíveis, os terminais elétricos, fora do sistema climático químico do tanque.