Une usine d'anodisation a extrait un grand thermoplongeur en PTFE d'un réservoir d'acide sulfurique de 1 200 mm de profondeur après onze mois de service. Le radiateur était droit une fois installé. Il était désormais courbé vers la paroi du réservoir de près de 14 mm au centre. Les boulons de montage étaient toujours serrés et le radiateur n'était pas fissuré, mais l'arceau avait ouvert un espace entre le radiateur et le mur, créant une zone stagnante où le fluide surchauffait et le PTFE se dégradait.
La déformation de l'arc est un mode de défaillance structurelle courant dans les réservoirs profonds où le réchauffeur est long et mince. Le radiateur est retenu en haut par la bride de montage et en bas par un guide ou un support. Lorsque le radiateur chauffe, il se dilate. Les contraintes empêchent une expansion uniforme et le radiateur s'incline pour soulager la contrainte.
Pourquoi les réservoirs profonds favorisent l'inclinaison
Dans un réservoir profond, le chauffage est long. Un réservoir de 1 200 mm de profondeur peut nécessiter un chauffage de 1 000 mm de long. Le rapport longueur-sur-diamètre est élevé, ce qui rend le radiateur flexible. Un radiateur long et mince s’incline plus facilement qu’un radiateur court et épais.
La répartition de la température dans un réservoir profond n’est pas uniforme. La partie inférieure du radiateur est immergée dans un fluide plus froid et plus dense. La partie supérieure se trouve dans un fluide plus chaud et moins dense. La différence de température entre le haut et le bas du radiateur crée une dilatation différentielle. Le dessus le plus chaud se dilate plus que le dessous le plus froid. Le radiateur s'incline vers le côté le plus froid.
| Profondeur du réservoir | Longueur du radiateur | Rapport longueur-/-diamètre | Risque de s'incliner | Arc typique après 12 mois |
|---|---|---|---|---|
| 600 millimètres | 400 millimètres | 12:1 | Faible | <3 mm |
| 800 millimètres | 600 millimètres | 19:1 | Modéré | 3 à 8 mm |
| 1 000 millimètres | 800 millimètres | 25:1 | Haut | 8 à 14 mm |
| 1 200 millimètres | 1 000 millimètres | 31:1 | Très élevé | 12 à 20 millimètres |
| 1 500 millimètres | 1 300 millimètres | 41:1 | Grave | >20 millimètres |
Rapport longueur-/-diamètre du réchauffeur et risque de courbure dans les réservoirs profonds
Comment l'arc affecte les performances du chauffage
Un radiateur courbé crée un espace entre le radiateur et la paroi du réservoir. L'écart est le plus large au centre de l'arc. Le fluide dans l'espace stagne-il ne peut pas circuler librement. La surface chauffante faisant face à l'espace est plus chaude car la chaleur ne peut pas s'échapper dans le fluide en vrac.
La température de surface plus élevée accélère la dégradation du PTFE, le dépôt de tartre et la perméation. La zone courbée devient la première partie du radiateur à tomber en panne.
L'arc modifie également le schéma d'écoulement du côté procédé du réchauffeur. La surface du radiateur n'est plus parallèle au mur et la répartition du débit devient inégale. Les zones où l’écart est étroit ont une vitesse plus élevée ; les zones où l'écart est large ont une vitesse plus faible. Le débit inégal crée une non--uniformité de température dans le réservoir.
Prévenir la déformation de l'arc
La prévention la plus efficace consiste à augmenter la rigidité du radiateur. Une gaine plus épaisse résiste mieux à la courbure qu’une gaine fine. L'augmentation de l'épaisseur de la paroi de la gaine de 2,0 mm à 2,5 mm réduit l'arc de 30 à 40 %.
L'ajout de nervures de raidissement internes ou d'un tube de support central augmente la rigidité sans ajouter de poids significatif. Les nervures peuvent être soudées ou collées à l'élément interne et peuvent être orientées sur la longueur du radiateur.
Une conception de montage flexible s'adapte à la dilatation thermique sans imposer les contraintes qui provoquent la courbure. Des trous oblongs, des supports à ressort-ou un support coulissant permettent au radiateur de se dilater et de se contracter sans se courber.
| Mesure de prévention | Effet sur l'arc | Mise en œuvre | Coût |
|---|---|---|---|
| Gaine plus épaisse, 2,5 mm | 30 à 40 % de réduction | Conception du chauffage | Modéré |
| Nervures de renfort internes | 40 à 60 % de réduction | Fabrication de radiateurs | Modéré |
| Trous de montage fendus | 20 à 35 % de réduction | Conception de montage | Faible |
| Supports à ressort- | 30 à 50 % de réduction | Conception de montage | Plus haut |
Mesures de prévention de la déformation de la proue des réservoirs profonds
Quand s'incliner indique un problème de conception
Un radiateur qui s'incline malgré une gaine plus épaisse et un montage flexible indique que la profondeur du réservoir et la longueur du radiateur ne sont pas adaptées à la conception du radiateur. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec une gaine plus épaisse, des nervures de renforcement internes et une conception de montage flexible s'attaque à la cause profonde de la courbure. Le processus de spécification nécessite la profondeur du réservoir, la plage de niveau de liquide, la longueur du réchauffeur, la température de fonctionnement et la puissance requise. Pour les installations dotées de réservoirs d'anodisation profonde, cette approche spécifique à l'application- réduit la déformation de l'arc et prolonge la durée de vie du réchauffeur.
