Mecanismo de falha de queima a seco de tubos de aquecimento de flange em equipamentos de tanque de água de grande-escala
Os tubos de aquecimento flangeados são os componentes de aquecimento mais amplamente utilizados em grandes tanques de água industriais, tanques de armazenamento de óleo e sistemas de aquecimento centralizados, e seu mecanismo de falha de queima a seco e pontos de risco são completamente diferentes dos tubos de aquecimento por imersão comuns. Devido à grande potência de aquecimento, ao corpo do tubo longo e à estrutura de instalação em camadas, os aquecedores de flange são propensos à queima a seco local em vez da queima a seco geral, formando danos atípicos de superaquecimento local. A queima a seco local leva ao envelhecimento assimétrico do corpo do tubo, à carbonização do isolamento local e à perfuração parcial do invólucro, o que reduz bastante a vida útil geral dos tubos de aquecimento do flange. O esquema de monitoramento de temperatura de zoneamento de termopar correspondente pode resolver efetivamente o problema de queima seca local não detectada de tubos de aquecimento de flange grande.
As características estruturais dos tubos de aquecimento flangeados determinam seu risco único de queima a seco. Os tubos de aquecimento de flange são compostos de vários tubos de aquecimento em forma de U- dispostos em matrizes, com alta potência geral e longo comprimento de extensão de aquecimento. Durante o projeto e instalação do equipamento, a seção inferior do tubo fica completamente imersa no meio, enquanto a seção superior do tubo fica próxima ao limite do nível do líquido. Quando o nível do líquido cai ligeiramente ou a circulação do meio é irregular, o conjunto de tubos superior será exposto primeiro ao ar, formando queima seca local, enquanto o corpo do tubo inferior ainda está em estado normal de aquecimento. Este estado de aquecimento assimétrico faz com que a temperatura local do corpo do tubo difira em mais de 400 graus, produzindo uma enorme diferença de tensão térmica.
A queima seca local causa danos graduais aos tubos de aquecimento do flange. A seção exposta do tubo gera danos por queima a seco em temperatura ultra-alta, resultando em carbonização do isolamento, oxidação do invólucro e deformação por calor vermelho; a seção do tubo imerso opera normalmente com temperatura estável. A operação assimétrica-de longo prazo causa séria distorção e flexão do corpo do tubo sob estresse térmico, danos por extrusão da estrutura de isolamento interno no limite de flexão e falhas concentradas de vazamento elétrico no limite do nível do líquido. A maioria das falhas nos tubos de aquecimento do flange ocorre na linha de nível do líquido, o que é uma característica típica de danos locais por queima a seco.
A estratificação média de tanques grandes e as zonas mortas de fluxo agravam os riscos locais de queima seca. Em grandes tanques estáticos de água e tanques de óleo, o meio apresenta baixa fluidez e fenômeno de estratificação de temperatura. O meio local próximo ao tubo de aquecimento é aquecido e vaporizado para formar lacunas de vapor transitórias, resultando em queima seca local intermitente do corpo do tubo. Essa queima seca-induzida por vapor é extremamente oculta e a exibição do nível de líquido do sistema é normal, portanto é impossível identificar perigos ocultos por meio da detecção convencional de nível de líquido.
A configuração tradicional de proteção única apresenta defeitos óbvios na proteção do aquecedor de flange. Um único interruptor de nível de líquido só pode monitorar o nível geral do líquido e não pode identificar a exposição local do tubo; um único termopar pode detectar apenas a temperatura média e não pode capturar o pico de temperatura de queima a seco local do conjunto de tubos superiores, resultando em superaquecimento local-de longo prazo e desprotegido.
A proteção zoneada e o design otimizado resolvem fundamentalmente a queima a seco local do tubo de flange. Adote monitoramento de nível de líquido-multiponto para definir limite de alerta antecipado para limite de nível de líquido do conjunto de tubos de aquecimento; configure sensores de temperatura de termopar zoneados na seção superior de queima fácil-seca-para realizar monitoramento independente de temperatura e desligamento por-temperatura-acima; otimize o dispositivo de agitação de circulação média para eliminar zonas mortas de fluxo e perigos ocultos na lacuna de vapor. A otimização estrutural razoável e a configuração de proteção multiponto eliminam completamente falhas locais de queima a seco de tubos de aquecimento de flange grande e melhoram a estabilidade geral dos sistemas de aquecimento de tanques industriais.
