Lựa chọn ống làm nóng không khí công nghiệp: Vật liệu, mật độ watt và thiết kế vây

Một dây chuyền sấy chạy ở tốc độ 90 m3/phút không khí có thể mất khoảng 10% hiệu suất sưởi ấm khi khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt trên ống sấy sơ bộ không khí quá chật. Thông thường, vấn đề thực sự không phải ở bản thân lò sưởi mà là sự không phù hợp giữa thiết kế ống và điều kiện không khí thực tế. Đó là lý do tại sao việc chọn ống làm nóng sơ bộ không khí có nghĩa là cân bằng nhiệt độ vật liệu, mật độ watt và hình dạng cánh tản nhiệt trước khi lắp đặt chứ không phải sau khi xảy ra lỗi.

Ống làm nóng không khí là gì?

Ống làm nóng không khí là một bộ phận trao đổi nhiệt làm tăng nhiệt độ của không khí chảy qua ống dẫn, lò nướng hoặc buồng sấy. Trong hệ thống lò hơi, bộ sấy sơ bộ dạng ống thu hồi nhiệt từ khí thải. Trong thiết bị sưởi ấm bằng điện, ống là một lò sưởi điện trở kèm theo có vỏ kim loại, chất cách điện oxit magie và, trong hầu hết các ứng dụng không khí, có các cánh tản nhiệt để mở rộng bề mặt truyền nhiệt. Dây điện trở được quấn xoắn ốc và chứa MgO, có tác dụng truyền nhiệt đồng thời cách điện cho vỏ bọc. Vỏ bọc được hàn kín và cuộn thành đường kính cuối cùng, thường từ 6,5 mm đến 12,5 mm. Bài viết này tập trung vào phiên bản làm nóng bằng điện vì đây là phiên bản được các kỹ sư xử lý chỉ định thường xuyên nhất như một thành phần thiết kế.

Các loại ống làm nóng không khí phổ biến

Các ống làm nóng không khí tiêu chuẩn có sẵn ở các cấu hình thẳng, hình chữ U, hình chữ W và hình chữ O.

Cấu hình thẳng, hình chữ U và hình chữ W

Ống thẳng là dạng đơn giản nhất và phù hợp với việc lắp đặt ở đó chiều dài được làm nóng phù hợp với độ sâu của ống. Một ống hình chữ U quay trở lại chính nó, cho phép một ống dẫn ngắn chứa được chiều dài sưởi ấm hiệu quả dài. Các ống hình chữ W có thêm một đường uốn cong khác, mang lại bề mặt linh hoạt hơn nữa bên trong một không gian nhỏ gọn. Trong thực tế, định dạng hình chữ U là một mặc định tốt cho lò đối lưu cưỡng bức vì nó giữ các đầu nối kết nối ở cùng một phía, đơn giản hóa việc đi dây. Ví dụ, một Ống sưởi ấm không khí có vây hình chữ U thường được chỉ định khi chiều cao ống dẫn bị hạn chế nhưng công suất yêu cầu cao.

Các nhà sản xuất, nhà cung cấp ống sưởi có vây hình chữ U tùy chỉnh Xinghua Yading Electric Heat Element Co., Ltd. là các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ U OEM/ODM tùy chỉnh của Trung Quốc và các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ U. Xem sản phẩm →

Ống có vây và ống trơn

Ống trơn dễ làm sạch hơn và được chấp nhận trong các hệ thống tuần hoàn công suất thấp. Các ống có vây là lựa chọn tiêu chuẩn cho bộ sấy sơ bộ không khí vì chúng nhân lên diện tích truyền nhiệt. Hệ số vây, là tỷ lệ giữa diện tích bề mặt có vây và diện tích ống trần, thường nằm trong khoảng từ 2 đến 4. Trong hệ thống sưởi không khí bằng điện, hệ số vây cao hơn cho phép phân phối cùng một công suất ở tải bề mặt thấp hơn, giúp giảm nguy cơ đóng cặn oxit và kéo dài tuổi thọ của ống. Tuy nhiên, không nên bỏ qua các ống trơn: trong thiết bị phòng sạch hoặc nơi cần khử trùng thường xuyên, việc không có vây có thể giúp việc bảo trì trở nên đơn giản hơn đáng kể.

Lựa chọn vật liệu: Quyết định đầu tiên ảnh hưởng đến tuổi thọ của ống

Bước lựa chọn đầu tiên là vật liệu vỏ bọc. Vật liệu xác định nhiệt độ hoạt động liên tục tối đa, mức cho phép ăn mòn và tuổi thọ thực tế của ống. Bảng dưới đây so sánh các vật liệu phổ biến nhất cho ống sấy sơ bộ không khí bằng điện.

Lựa chọn theo nhiệt độ

Nhiệt độ vỏ bọc tối đa phải ở dưới điểm oxy hóa của vật liệu. Để hoạt động liên tục, thép không gỉ 304 phù hợp ở nhiệt độ dưới 750°C. Khi nhiệt độ không khí thoát ra vượt quá mức đó, hãy chuyển sang 321 hoặc Hợp kim 800. Hợp kim 840 được sử dụng khi bề mặt ống sẽ đạt tới 900°C, ví dụ như trong các thiết kế mật độ năng lượng cao hoặc khi tốc độ không khí thấp.

Mối quan tâm ăn mòn và ngưng tụ

Trong bộ sấy sơ bộ không khí, ăn mòn điểm sương có thể xảy ra khi nhiệt độ bề mặt ống giảm xuống dưới điểm sương của khí xung quanh. Ngay cả trong ống dẫn được làm nóng bằng điện, điều kiện khởi động nguội có thể tạo ra nước ngưng tụ trên bề mặt thép không gỉ. Clorua và sunfat trong không khí xưởng sau đó sẽ tấn công vỏ bọc. Đối với các môi trường có độ ẩm đã biết, vỏ bọc Hợp kim 800 và giới hạn mật độ watt thấp mang lại mức độ an toàn bổ sung.

Mật độ Watt và tác động thực tế của nó

Mật độ watt là công suất chia cho diện tích bề mặt được làm nóng, thường được biểu thị bằng W/cm2. Đây là con số hữu ích nhất để dự đoán nhiệt độ bề mặt ống. Ở cùng một công suất, ống có vây có mật độ watt thấp hơn ống trơn vì diện tích vây lớn hơn nên vỏ bọc chạy mát hơn. Trong các ứng dụng không khí cưỡng bức có tốc độ ống dẫn từ 3 m/s trở lên, phạm vi khởi động từ 3 đến 5 W/cm2 là an toàn đối với thép không gỉ. Nếu luồng không khí không đều hoặc ống dẫn có kích thước nhỏ, giá trị hiệu dụng có thể tăng gấp đôi ở một số vùng, đó là lý do tại sao nhiều kỹ sư duy trì ở mức dưới 3 W/cm2 cho đến khi mô hình dòng chảy thực tế được xác minh. Đối với lò sưởi 10 kW có diện tích vây 2000 cm2, mật độ watt là 5 W/cm2. Nếu cùng một lò sưởi được đánh giá trên khu vực ống trần, con số có thể trông cao hơn nhiều, vì vậy hãy luôn xác nhận khu vực nào mà nhà sản xuất báo giá.

Trước khi hoàn thiện thiết kế, hãy so sánh công suất tính toán với lưu lượng khối không khí và độ tăng nhiệt độ bằng cách sử dụng Q = m * cp * dT. Khi đã biết công suất cần thiết, hãy điều chỉnh chiều dài ống và hình dạng vây để giữ mật độ watt bên trong dải an toàn. Một lời giải thích chi tiết về mối quan hệ này có sẵn trong bài viết về mật độ watt trong các bộ phận làm nóng bằng điện .

Ống có vây: Nhiều bề mặt hơn, ít quá nhiệt hơn

Các cánh tản nhiệt thay đổi cách thức hoạt động của ống làm nóng không khí trong ống dẫn. Không có cánh tản nhiệt, hệ số truyền nhiệt bên ngoài của không khí thấp nên nhiệt độ bề mặt ống tăng nhanh và dây đốt bên trong nóng hơn mức cần thiết. Với các cánh tản nhiệt, cùng một ống sẽ thải nhiều nhiệt hơn vào luồng không khí và hiệu suất tổng thể được cải thiện rõ rệt. Sự đánh đổi là giảm áp suất: khoảng cách cánh tản nhiệt gần hơn sẽ tạo ra nhiều diện tích bề mặt hơn nhưng cũng có nhiều lực cản hơn, do đó quạt phải hoạt động mạnh hơn. Đối với không khí có nhiều bụi hoặc nhiều sợi, bước cánh tản nhiệt rộng hơn sẽ an toàn hơn ngay cả khi hiệu suất nhiệt thấp hơn một chút. Chiều cao, độ dày và cao độ của vây xác định hệ số vây. Chiều cao vây thông thường là 6 đến 15 mm, độ dày 0,3 đến 0,5 mm và khoảng cách từ 3 đến 6 mm. Khi nhu cầu cao, một Ống sưởi có vây hình chữ W cho nhiều bề mặt hơn trong cùng một dấu chân. Trong các ống dẫn tròn, Ống sưởi có vây hình chữ O được thiết kế bám theo mặt cắt và giảm vùng chết gần thành ống gió.

Các nhà sản xuất, nhà cung cấp ống sưởi có vây hình chữ O tùy chỉnh Xinghua Yading Electric Heat Element Co., Ltd. là các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ O OEM/ODM tùy chỉnh của Trung Quốc và các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ O. Xem sản phẩm →

Các nhà sản xuất, nhà cung cấp ống sưởi có vây hình chữ W tùy chỉnh Xinghua Yading Electric Heat Element Co., Ltd. là các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ W OEM/ODM tùy chỉnh của Trung Quốc và các nhà sản xuất ống sưởi có vây hình chữ W. Xem sản phẩm →

Chọn ống làm nóng không khí: Danh sách kiểm tra từng bước

Danh sách kiểm tra có cấu trúc ngăn ngừa các lỗi điển hình khi lắp đặt mới: mật độ watt quá lớn, vật liệu sai hoặc diện tích cánh tản nhiệt không đủ. Sử dụng trình tự sau khi bạn chỉ định ống làm nóng sơ bộ không khí.

1. Xác định lưu lượng khối không khí, nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra yêu cầu. Tính tổng công suất cần thiết.
2. Chọn mật độ watt mục tiêu. Đối với vận tốc ống dẫn trên 3 m/s, 3–5 W/cm2 là điểm khởi đầu hợp lý; giảm giá trị nếu luồng không khí thay đổi.
3. Chọn vật liệu vỏ bọc từ nhiệt độ bề mặt ống dự kiến ​​tối đa và mọi rủi ro ăn mòn trong môi trường.
4. Quyết định giữa ống trơn và ống có vây. Ống có vây được ưu tiên trừ khi khả năng làm sạch là ưu tiên hàng đầu.
5. Xác nhận hướng lắp, bán kính uốn, vị trí cặp nhiệt điện và kết nối điện với nhà sản xuất trước khi sản xuất.

Để biết thêm hướng dẫn về cách cải thiện hệ thống tổng thể, hãy đọc về Làm thế nào để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống sưởi ấm không khí công nghiệp bằng ống sưởi ấm không khí hiệu quả .

Những thất bại thường gặp và cách phòng ngừa

Ngay cả một ống được xác định rõ ràng cũng có thể bị hỏng nếu các điều kiện lắp đặt khác với thiết kế. Các lỗi thường gặp nhất là quá nhiệt, hư hỏng lớp cách điện và hư hỏng cơ học ở cánh tản nhiệt.

• Đốt cháy do quá nhiệt: điều này xuất hiện dưới dạng một vùng bị đổi màu có thể nhìn thấy được trên vỏ bọc. Nguyên nhân thường xuất phát từ mật độ watt quá cao so với tốc độ dòng chảy thực tế hoặc do lỗi quạt. Xác minh hướng và tốc độ luồng khí, đồng thời thêm công tắc luồng.
• Lỗi cách điện: điều này xuất hiện dưới dạng dòng điện rò rỉ khi magie oxit hấp thụ độ ẩm, thường là sau khi tắt máy nguội. Để ống nguội dần và giữ cho ngăn đầu cuối khô ráo.
• Thiệt hại vây: vây bị cong hoặc bị thiếu làm tăng nhiệt độ cục bộ và giảm truyền nhiệt. Bảo vệ máy sưởi trong quá trình vận chuyển và bảo trì, đồng thời làm sạch bụi bẩn mà không cần sử dụng dụng cụ sắc nhọn.

Bảo vệ nhiệt không phải là tùy chọn. Bộ điều nhiệt giới hạn cao cơ bản hoặc khóa liên động luồng khí có thể ngăn ngừa hầu hết các sự cố cháy nổ. Để biết thêm các biện pháp an toàn, hãy xem lại các quy tắc an toàn thiết yếu cho cuộn dây sưởi ấm và các kết nối của chúng .

Kết luận

Việc chọn ống làm nóng sơ bộ không khí là một quyết định kỹ thuật phụ thuộc vào bốn con số: nhiệt độ không khí đầu ra, không gian sẵn có, tốc độ không khí và mật độ watt. Khi cả bốn đều được biết đến, hình dạng vật liệu và vây trở nên đơn giản. Khi một trong số chúng bị bỏ qua, ống có thể sẽ bị hỏng trước tuổi thọ sử dụng dự kiến. Trong một hệ thống sưởi ấm công nghiệp, một vài giờ xem xét thiết kế ở giai đoạn thông số kỹ thuật luôn rẻ hơn so với việc ngừng hoạt động do lò sưởi có kích thước quá nhỏ hoặc không khớp.