最大化加热器性能的10大技巧

作者：Richard Hartfelder， Watlow公司过程系统产品经理 来源：Watlow Many plant engineers do not give much thought to the heaters operating within their processes and applications - unless those heaters fail, require significant maintenance or cause other problems. Unfortunately, heaters play an integral role in many applications. Therefore, heater problems can easily snowball and lead to much larger headaches. 许多工厂工程师不太注重在过程和应用中运行的加热器，除非这些加热器故障、要求大修或引起其他问题时。然而，加热器在许多应用中扮演重要的角色。因此，加热器问题很容易像滚雪球一样导致更大的问题。 遵守一些简单的指导方针，不仅降低加热器相关的问题的可能性，而且实际上在系统效率上有重大积极的影响，从而降低维护要求和成本。以下是最大化加热器的服务寿命和性能的10大技巧： 技巧一：防止加热器污染 污染是加热器故障的最常见原因。当加热器在循环中热胀冷缩时，它经常吸附有机或导电材料。这能导致加热器线圈之间或加热器线圈和加热器外壳电气地之间放电。当加热器的线头也能吸附导电材料时，污染也能引起接线端子短路。因此不要把润滑剂、油、低温带或加工材料与加热器的线头接触非常关键。采用密封很有帮助。 技巧二：保护电缆和端子，免受高温和过量移动 玻璃纤维隔离的标准电缆可用在高达260°C(500°F)左右的适宜温度应用中，如果一条电缆暴露在高温下，应使用高温电缆或磁棒隔离。从系统的加热区域扩散出去，加热器的不被加热部分使电缆工作在有益的更低温度下。当加热器安装在移动的机器上时，固定电缆防止它们损坏非常必要。应制定电缆保护规章，从而更好地保护电缆。 技巧三：加热器选型和尺寸非常重要 加热器的功率应尽可能地匹配应用的实际负荷要求，从而限制开/关周期。对合适的应用来说，指定孔或另一个应用尺寸，从而确保加热器和应用外形之间最适合。紧密安装能最小化气隙，降低预热要求。 技巧四：设备接地 加热器使用的所有设备电气接地是常识以及安全实践。如果在加热系统中发生电气故障时，设备接地能帮助保护工厂设备和人员。 技巧五：调节电压确保加热器额定电压匹配供电电压 确保加热器的额定电压匹配可提供的供电电压是必要的，因为电压增大（或降低）在电压上是平方变化应用到加热器上的。例如，如果加热器额定电压/功率是120V/1000W，连接到240V电源上，它会产生四倍额定功率或4000W。这会导致加热器相当快地故障，也能导致附属设备的严重损坏。 技巧六：防止加热器过量的循环起停 过量的温度周期变化对加热器的寿命是非常有害的。最大的破坏就是循环率，它允许加热器的电阻丝最大热胀冷缩在很高的速率（30到60秒的上电和停电）下工作。这导致加热器内部剧烈的压力和电阻丝的快速氧化。当使用温度调节装置时，典型地发现不好的温度周期。温度调节装置对温度变化响应的非常慢，以及有大的开/关温度微分。一个改进，但是一定程度上是更昂贵的解决方案，是使用开/关或带机械继电器的PID控制器。不切换频率或循环时间太快（在3到10秒之间）非常关键，因为继电器触点很快会坏。 最有效的方法最小化加热器的部件的温度循环以及最昂贵的解决方案是使用固态继电器（SSR）和耦合到PID温度控制器的SCR功率控制器。这种结合为加热系统和加热器本身提供了最好的性能。固态开关设备循环非常快地（从用SSR的1秒，到用相位角点火的SCR的毫秒）供电到加热器。这种快速供电的循环急剧降低加热器的部件电缆温度漂移，充分延长加热器的寿命。 技巧7：确保外壳材料和额定功率密度与被加热材料匹配 确保长期的加热器寿命和健康的处理设备是绝对关键的。当加热固体时，例如金属，运行温度和加热器到部件匹配加热器外壳材料和功率密度选择。碳钢、铝、硅胶外壳材料对低温（几百度）是恰当的。然而，当超过这个温度点时，外壳材料限制在电镀或不锈钢和其他更高温度合金之中选择。当温度也增加时，功率密度必须相应降低以阻止内部电阻丝快速氧化以及过早故障。一个好的加热器到部件匹配确保恰当地传热，并不会导致电阻丝过热。 当加热气体时，运行温度和流动速率规定能使用的外壳材料和功率密度。例如，相对于氮来说，当加热氢时，你能在更高的功率密度下运行，但是氢要求800耐热镍铬铁合金外壳，然而304不锈钢能工作在许多氮的应用中。 在加热器元件上增加流动和哮喘意味着更好地传热，升高了功率密度值。对液体加热来说，材料和功率密度选择考虑的主要因素是液体材料和流动速率。使用铜外壳，每平方厘米能很容易地处理70.87W的水(60到 100W/in2)，然而,50/50水和乙二醇混合物每平方厘米仅能处理21.26 W (30 W/in2)，必须使用钢外壳。 技巧八：在罐底部水平地安装侵没式加热器 加热器应水平放置，并在塔底部附近安装，从而最大化对流循环。仅当空间限制时,才垂直安装，例如，空间限制，禁止水平放置。不管加热器水平还是垂直安装，放置足够高非常必要，从而避免在塔底产生任何淤泥和残渣。同样，对两种安装方式来说，加热器的整个加热体必须时刻侵没在水里——这是极少推荐垂直安装的原因。避免在有限的空间放置加热器，它限制对流、存在不能加热的区域或引起汽阱。 技巧九：防止加热器部件内部产生淤泥 必须最小化加热器外壳上的产生的水垢、结焦、淤泥。应周期性地清除或至少最小化任何累积，从而避免抑制到液体的传热。周期清除能防止加热器部件在高温下运行，它能导致更早的加热器故障。应高度重视这些问题，从而避免在加热器加热部分得到硅树脂润滑剂。硅树脂会防止外壳“变湿”，就像隔离器一样，但是也可能引起加热器故障。 技巧十：确保恰当的、精确的温度控制和安全温度开关保护 为加热器匹配恰当的温度控制系统来加强加热器的性能和寿命非常必要。每个过程应用应包括过程温度传感器（测量被加热材料的温度）和温度开关传感器（测量加热器外壳温度）。过程传感器应直接侵入到被加热的材料中，或紧贴在流体本身的热电偶套管上。为安全起见，应使用两个不同的控制系统——一个用于过程温度控制，另一个用于温度开关高限控制。PID过程温度控制器提供比开/关切换控制或温度调节装置更稳定的控制以及更快的响应。PID控制经常比开/关控制更昂贵，对温度控制要求不十分精确的应用不是必需的，两种控制应交替使用。