スケールの厚さによって PTFE 浸漬ヒーターのエネルギー効率はどのように変化しますか?

あるめっきラインでは、生産量に変化がないにもかかわらず、電力消費量が 6 か月間で 12% 近く増加していることに気付きました。タンクは設定値に達しており、ヒーター電流は銘板と一致していました。公共料金請求書は別のことを物語っていました。ヒーターは同じ熱を浴槽に供給するためにより多くのエネルギーを消費していました。違いは、シース上の 1.8 mm のスケール層でした。

PTFE 浸漬ヒーターのエネルギー効率は固定された特性ではありません。シース表面の状態により変化します。きれいなヒーターはプロセス流体に効率的に熱を伝えます。スケール付きヒーターは伝達する熱が少なくなり、より多くの熱が環境に失われます。-同じ浴槽温度を維持するためにより多くのエネルギーを消費します。

ヒーターのエネルギーバランス

ヒーターに入力される電気エネルギーは、プロセス流体に供給される熱に損失を加えたものに等しくなります。クリーンなヒーターでは損失が最小限に抑えられ、ほぼすべてのエネルギーが浴槽の加熱に費やされます。スケール付きヒーターでは、スケール層により熱抵抗が加わり、シースの温度が上昇します。シース温度が高くなると、端子エンクロージャ、フランジ、タンク壁による損失が増加します。

プロセス流体に到達しないエネルギーは無駄になります。ユーティリティメーターは、供給される有用な熱ではなく、総エネルギー入力を測定します。スケール付きヒーターは同じ電流を消費しますが、供給する熱量が少ないため、効率-総エネルギー入力に対する有効な熱の比率-が低下します。

PTFE浸漬ヒーターのスケール厚さの関数としてのエネルギー効率と廃棄物

規模拡大によりエネルギー消費が増加する理由

スケール層は、シースとプロセス流体の間の絶縁ブランケットとして機能します。同じ熱流束が追加の抵抗を超えるには、シースの温度が上昇する必要があります。シース温度が高くなると、ヒーターと周囲の温度差が大きくなり、損失が増加します。

損失は​​いくつかの経路を通じて発生します。コールドゾーンによってヒーターに接続されている端子エンクロージャは、シースから熱を伝導します。タンク壁にボルトで固定されたフランジは、熱をタンク構造内に伝導します。ヒーターにより高温かつ長時間運転されることでバス温度が設定値に維持されるため、タンクの壁と表面はより多くの熱を失います。

最終的な影響は、同じ有用な熱を浴槽に供給するためにヒーターがより多くのエネルギーを消費しなければならないことです。効率の損失は、スケール層が薄い場合は小さいですが、スケールが厚くなると急速に増加します。

実行時間の延長による複合効果

スケール付きヒーターは効率が低下するだけでなく、{0}稼働時間が長くなります。コントローラーは、バス温度が低下しているか、設定値に到達していないことを認識し、ヒーターへの通電を維持します。ヒーターはより高いデューティ サイクルで動作し、より長い時間にわたってより多くのエネルギーを消費します。

クリーンなシステムでは、設定値を維持するためにヒーターが 40% の時間稼働する可能性があります。 2 mm スケール レイヤーの場合、時間の 55 ～ 60% が実行される可能性があります。効率の低下と稼働時間の延長により、総エネルギー消費量が 30 ～ 50% 増加します。

連続使用時の 5 kW ヒーターのスケール厚さの関数としてのエネルギー消費量

エネルギー廃棄物のコスト

エネルギーの無駄にかかるコストは、電気料金、ヒーターのワット数、運転時間によって異なります。 5 kW のヒーターを 1 kWh あたり 0.10 ドルで年間 6,000 時間動作させる場合、クリーンなヒーターの年間エネルギーコストは 3,000 ドルです。 2 mm スケール レイヤーの場合は 4,350 ドルに増加し、さらに年間 1,350 ドル増加します。

20 台のヒーターを備えたプラントでは、スケールによるエネルギーの無駄は年間合計 27,000 ドルになる可能性があります。これは、ヒーターを清潔に保つための予防メンテナンス プログラムのコストを上回ります。

ヒーターのワット数とスケールの厚さによる年間エネルギーコストと廃棄物 (kWh あたり 0.10 ドル)

エネルギー節約対策としてのスケール除去-

スケール除去により、ヒーターの熱伝達効率が回復します。スケール除去後、シース温度は低下し、デューティ サイクルは通常に戻り、エネルギー消費はクリーンなベースラインに戻ります。スケール除去によるエネルギーの節約により、多くの場合、数か月以内に洗浄コストが正当化されます。

スケールを除去した 2 mm のスケールを備えたヒーターは、5 kW ユニットで年間 1,350 ドルのエネルギーを節約します。スケール除去に人件費と材料費で 500 ドルかかる場合、投資回収額は 5 か月未満です。その後、規模が再び拡大するまで節約が続きます。

エネルギー効率の監視

効率を監視する最も簡単な方法は、ヒーターのデューティ サイクルまたは実行時間を追跡することです。新品時よりも長時間稼働しているヒーターは効率が低下しています。現在のログまたは実行時間メーターからデータが提供されます。-

より直接的な方法は、動作負荷時のシース温度を測定することです。シース温度がクリーンなベースラインより 10 ～ 15 度上昇した場合は、スケールが増大し、効率が低下していることを示します。

スケール-関連のエネルギー浪費が仕様上の問題を示す場合

同じタンク内で繰り返しスケールが蓄積し、エネルギーが浪費される場合は、ヒーターが化学的性質や流量条件に対して高すぎるワット密度で動作していることを示しています。 -ワット-密度の低いヒーターはより低温で動作し、スケールの蓄積が遅くなり、効率が長く維持されます。低ワット密度、大きな表面積、および改善されたフローアクセスを備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、スケールの形成とそれに伴うエネルギーの無駄が削減されます。仕様プロセスでは、浴の化学的性質、動作温度、水の硬度、および必要なワット数が必要です。