كيف يحافظ سخان الكهرباء على خط الأنابيب العمودي على درجة حرارة السوائل المتسقة أثناء عمليات معدل التدفق المتغيرة؟

ميزة المفتاح التي تتيح سخان كهربائي خط الأنابيب العمودي للتعامل مع معدلات التدفق المتنوعة دون المساس باستقرار درجة الحرارة هو تكامل أنظمة التحكم الذكية ، وخاصة تحكم PID (تناسبي-تشكيل الانهيج). تعمل وحدات التحكم هذه عن طريق قياس درجة حرارة السائل الفعلية بشكل مستمر ومقارنتها مع هدف مجموعة المستخدم. بناءً على الانحراف (أو الخطأ) ، يقوم نظام PID بضبط الطاقة المقدمة لعناصر التدفئة في الوقت الفعلي. أثناء ظروف التدفق المنخفض ، يقلل من حمل التدفئة لمنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية ، بينما أثناء سيناريوهات التدفق العالي ، يزيد من مدخلات الطاقة للحفاظ على النقل الحراري الكافي. على عكس الضوابط الحرارية البسيطة التي تنطلق ، تتنبأ وحدات تحكم PID بسلوك النظام باستخدام الخوارزميات الرياضية ، وضمان التحولات السلسة ، واستعادة درجة الحرارة بشكل أسرع ، وتقليل التذبذبات الحرارية. تعد حلقة التغذية المرتدة هذه حاسمة في البيئات الديناميكية حيث يمكن أن تتغير معدلات التدفق بشكل مفاجئ أو دوري.

يعتمد أداء أي نظام تحكم حراري اعتمادًا كبيرًا على دقة مستشعرات درجة الحرارة ووضعها. في السخانات الكهربائية للأنابيب العمودية ، يتم تثبيت RTDs عالية الجودة (كاشفات درجة حرارة المقاومة) أو المزدوجات الحرارية في نقاط استراتيجية-عند منفذ السوائل وأحيانًا عند المدخل. تشتهر RTDs بدقةها الفائقة واستقرارها عبر نطاق درجة حرارة واسعة ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات المهمة. توفر هذه المستشعرات ردود فعل حرارية في الوقت الفعلي إلى وحدة التحكم. عندما يؤدي تغيير معدل التدفق إلى تحول في درجة حرارة المخرج ، يستجيب النظام على الفور عن طريق ضبط ناتج التدفئة. كلما تم التقاط هذه التعليقات بشكل أسرع وأكثر دقة ، كلما بقيت درجة حرارة المخرج أكثر اتساقًا - حتى عندما تختلف سرعة السائل.

لزيادة تعزيز الاستجابة ، تم تصميم العديد من سخانات كهربائية خطوط الأنابيب العمودية مع عناصر التدفئة متعددة المناطق أو المعيارية. يقسم هذا التصميم إجمالي قدرة الطاقة إلى العديد من المناطق التي يتم التحكم فيها بشكل مستقل. يمكن تشغيل كل منطقة أو إيقافها ، أو تشغيلها بكثافة متفاوتة ، اعتمادًا على الطلب الحراري. في ظل ظروف التدفق المنخفض ، يتم تنشيط جزء فقط من المناطق لتجنب التعويض الزائد. عندما يزداد التدفق ، تشارك المناطق الإضافية في تلبية الحمل الحراري الأعلى. يمنع ناتج الطاقة القابل للتطوير استخدام الطاقة غير الضروري ويقلل من التأخر الحراري. يوفر التدفئة القائمة على المنطقة التكرار ؛ إذا فشلت منطقة واحدة ، يمكن للآخرين التعويض مؤقتًا ، والحفاظ على درجات حرارة منفذ مستقرة.

ميزة أخرى من السخانات الكهربائية للأنابيب العمودية تكمن في تصميم الكتلة الحرارية المنخفضة. تم تصميم عناصر التدفئة للوصول إلى درجات الحرارة وضبطها بسرعة دون الاحتفاظ بالحرارة المفرطة. تضمن هذه الاستجابة السريعة أن أي تحول في معدل التدفق لا يؤدي إلى تجاوز درجة حرارة المحددة ، وهي مشكلة شائعة في الأنظمة ذات الجمود الحراري العالي. من خلال تقليل الاحتفاظ بالحرارة في المكونات الأساسية للسخان ، يمكن للنظام ضبط ناتجه بشكل أسرع وأكثر دقة. هذه الخاصية مهمة بشكل خاص في التطبيقات التي تكون فيها خصائص السوائل حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ، كما هو الحال في العمليات الكيميائية الصيدلانية أو الدقيقة.

يعزز الاتجاه الرأسي لهذه السخانات ، إلى جانب تكوين التدفق المباشر ، الكفاءة الحرارية من خلال السماح للسائل بالمرور بالتساوي على عناصر التدفئة. يضمن هذا التصميم أن جميع أجزاء السائل تتلقى تسخينًا موحدًا أثناء تحركه عبر الوحدة. يساعد التدفق الرأسي أيضًا في الحمل الحراري الطبيعي ، مما يقلل من فرصة التقسيم الطبقي الحراري أو المناطق الراكدة ، مما قد يتسبب في تسخين غير متساوٍ. غالبًا ما يتوافق التثبيت الرأسي بشكل أفضل مع هندسة خطوط الأنابيب الحالية في المرافق الصناعية ، مما يعزز التكامل الأكثر سلاسة مع أنظمة التدفق الحالية. نظرًا لأن السائل يتفاعل بشكل أكثر موحدًا مع الأسطح الساخنة ، يمكن للنظام الحفاظ على درجات حرارة مخرج متسقة حتى عندما يتقلب معدل التدفق.