גופי חימום (מאת מאיר וגנר – מנהל חברת אלקטרוטרם שיווק)
מהנדסי מפעל רבים אינם מקדישים מחשבה רבה למחממים הפועלים בתהליכים וביישומים שלהם – עד אשר מתגלה תקלה במחממים האלה, המצריכה פעולת תחזוקה משמעותית או גורמת לבעיות אחרות. הבעיה היא שלמחממים יש תפקיד אינטגרלי ביישומים רבים. לכן, תקלות במחממים עלולות לפעול כמו כדור שלג ולגרום לבעיות הרבה יותר גדולות.הקפדה על מספר קווים מנחים פשוטים לא רק שתפחית את הסבירות לבעיות הקשורות אל גופי חימום, אלא למעשה תשפיע באופן חיובי ביותר על יעילות המערכות ותקטין את דרישות התחזוקה ואת העלויות. להלן 10 דרכים למיקסום אורך חיי השירות והביצועים של גוף חימום.
עצה 1: גופי חימום - מניעת זיהומים
זיהום הוא הסיבה השכיחה ביותר לתקלה במחמם (ראה תמונות). כאשר מחממים מתפשטים ומתכווצים בזמן העבודה, לעתים קרובות הם מושכים אליהם חומר אורגני או מוליך. הדבר עלול לגרום לתקלה בין ליפופי גוף חימום או בין ליפופי המחמם והסיכוך החיצוני המוארק חשמלית למחמם. כאשר מאפשרים לזיהומים להצטבר בקצה המחמם, הם יכולים לגרום גם לקצרים חשמליים בין הפינים או החיבורים. לפיכך, חשוב להרחיק חומרי סיכה, שמנים, סרטי חימום או חומרי עיבוד מקצה המחמם. שימוש באטמים יסייע בכך.
עצה 2: הגנה על מוליכים וחיבורים מפני טמפרטורות גבוהות ותנועות מיותרות
ניתן להשתמש בתיל תקני מבודד בסיבי זכוכית יישומים החשופים לטמפרטורות סביבה של עד כ-260ºC (500ºF). אם המוליך צפוי להיחשף לטמפרטורות גבוהות יותר, יש להשתמש בתיל המתאים לטמפרטורה גבוהה או בבידוד קרמי. החלק הלא מחומם של גופי חימום, הנמצא הרחק מהאזור המחומם של המערכת, מאפשר למוליכים לפעול בטמפרטורה קרירה יותר.כאשר מתקינים גוף חימום במכונות נעות, חובה לעגן את המוליכים כדי למנוע נזק. צריך לדאוג להגנה על המוליכים ולהשתמש בה כדי להשיג הגנה אופטימלית מפני נזק למוליכים.
עצה 3: החשיבות של בחירה במחמם ובגודלו
ההספק של גופי חימום צריך להתאים עד כמה שניתן לדרישות העומס בפועל של היישום כדי להגביל את מחזורי ההפעלה/כיבוי (ראה עצה 6).
ליישום עם חלקים מותקנים, יש להגדיר את גודל הקדח או גודל של תכונה אחרת אשר יבטיח אפיצות אופטימלית בין המחמם והתכונה הנבחרת.
אפיצות הדוקה מקטינה למינימום את מרווחי האוויר ומפחיתה את ההיווצרות של נקודות חמות.
עצה 4: הארקת הציוד
שיטה הגיונית ובטוחה היא להאריק באופן חשמלי את כל הציוד עליו משתמשים במחמם. ציוד ההארקה מסייע להגן על המתקן והעובדים במקרה של תקלה חשמלית במערכת החימום.
עצה 5: ויסות מתח כדי להבטיח שמתח המחמם הנקוב יתאים להספקת המתח
חשוב מאוד להבטיח שהמתח הנקוב של גופי חימום יתאים להספקת המתח הקיימת בגלל שהספק גדל (או קטן) בשיעור של ריבוע השינוי במתח המיושם על גוף חימום. לדוגמה, אם ההספק הוא 4000 ואט, המחמם יתקלקל מהר למדי ועלול להיגרם נזק משמעותי גם לציוד המחובר אליו.
עצה 6: מניעת מחזורי יתר של גוף חימום
למחזורי יתר של הטמפרטורה יש השפעה מכרעת על אורך החיים של גוף חימום. הגורם המכריע ביותר הוא קצב המחזור המאפשר התפשטות והתכווצות מלאים של תיל התנגדות של גופי חימום בקצב גבוה (30-60 שניות שהחשמל דלוק והחשמל כבוי). הדבר יגרום למאמצים חמורים ולחמצון של תילי ההתנגדות בתוך המחמם. מחזור טמפרטורה לא טוב קורה בדרך כלל כאשר משתמשים בתרמוסטטים. תרמוסטטים מגיבים באטיות לשינויי טמפרטורה ונוצרים בהם הפרשי טמפרטורה גדולים כאשר המפסק מופעל/כבוי. כדי לשפר את המצב, למרות שזהו פתרון יקר מעט יותר, ניתן להשתמש בבקרי ON/OFF או PID עם ממסרים מכניים. חשוב מאוד לא לשנות את זמן המחזור או התדר מהר מדי (בין 3-100 שניות), מאחר ומגעי הממסר יישחקו במהירות.הדרך האפקטיבית ביותר להקטין למינימום את מחזורי הטמפרטורה של גוף החימום, והפתרון היקר ביותר, היא להשתמש בממסרי מצב מוצק (SSR) ובקרי SCR המחוברים אל בקר טמפרטורה מסוגPID. שילוב זה מספק את הביצועים הטובים ביותר למערכת התרמית וכן למחמם עצמו. התקני מיתוג מסוג מצב מוצק מעבירים את החשמל למחמם מהר מאוד (החל משניה אחת עם SSR, עד מילישניות עם SCRs מסוג single-angle fired). העברה מהירה מקטינה באופן דרמטי את שינוי המגמה בטמפרטורת התיל של גוף החימום ומאריכה באופן ניכר את אורך החיים של גופי חימום.
עצה 7: התאמה בין חומר הסיכוך ונקיבת צפיפות הואט והמתכת המחוממת
חשוב ביותר להבטיח אורך חיים ארוך של גוף חימום וציוד עיבוד תקין. כאשר מחממים מוצקים, כמו למשל מתכות, טמפרטורת העבודה וההתאמה בין המחמם לחלק הם הגורמים המכתיבים את הבחירה בחומר ובצפיפות הואט. חומרי סיכוך כמו פלדות פחמניות, אלומיניום, גומי סיליקון הם כולם טובים לטמפרטורות נמוכות יותר (כמה מאות מעלות). עם זאת, כאשר הטמפרטורה עולה מעבר לנקודה זו, הבחירה בחומרי סיכוך מוגבלת לפלדות מגולוונות או אלחלד וסגסוגות אחרות המתאימות לטמפרטורות גבוהות יותר. כאשר הטמפרטורה עולה, צפיפות הואט גדלה אף היא בהתאם כדי למנוע מתילי ההתנגדות הפנימיים להתחמצן במהירות ולהיכשל מוקדם מהצפוי. התאמה טובה בין המחמם והחלק מבטיחה מעבר חום טוב ולא חושפת את תילי ההתנגדות להתחממות יתר.כאשר מחממים גזים, טמפרטורת העבודה והספיקות מכתיבים באיזה חומר סיכוך וצפיפות ואט ניתן להשתמש. לדוגמה, ניתן להשתמש בצפיפויות ואט גבוהות יותר כאשר מחממים מימן לעומת חנקן, אבל מימן מצריך סיכוך של Incoloy 800, בעוד שפלדת אלחלד מסוג 304 מתאימה ליישומי חנקן רבים.הגדלת הזרימה והטורבולנטיות על פני גופי החימום משמעה מעבר חום טוב יותר, המעלה את הערכים של צפיפות הואט. לחימום נוזלים, הגורם העיקרי לבחירה בחומרים ובצפיפות ההספק היא הנוזל והספיקה. מים יכולים לטפל בקלות ב-42.52-80.87 W/cm2 (60-100W/in2) בהשתמש בסיכוך נחושת, בעוד שתערובת 50/50מים/גליקול יכולה לטפל ב-21.26 W/cm2 30 W/in2) וחובה להשתמש בסיכוך פלדה.
עצה 8: התקנת מיכלי השיקוע של גופי חימום במצב אופקי ליד תחתית המיכל
יש להציב את המחממים באופן אופקי וליד תחתית המכלים כדי למקסם את מחזור ההסעה. התקנה אנכית מומלצת רק בכפוף למגבלות כמו למשל מגבלות מקום, או איסור על התקנה אופקית. בין אם מתקינים גופי חימום באופן אופקי או אנכי, חובה להציב אותם גבוה מספיק כדי למנוע הצטברות משקעים או שיירים בתחתית המכל. באופן דומה, בשתי שיטות ההתקנה, כל האורך המחומם של גוף חימום צריך להיות שקוע כל הזמן – וזו אחת הסיבות לכך שהתקנה אנכית היא לעתים רחוקות מומלצת. כמו כן חשוב למנוע התקנה של גופי חימום בחללים מוגבלים המגבילים את זרימת ההסעה ו/או אם עלולים להיווצר רתיחה חופשית או מלכודות קיטור.
עצה 9: מניעת הצטברות ומשקעים על גופי החימום
חובה להקטין למינימום את ההצטברות של אבנית, קיוק (coking) ומשקעים על מעטה המחמם. יש להסיר כל הצטברות באופן תקופתי או לפחות לצמצם אותה, כדי למנוע מצב בו אין מעבר חום לנוזל. ניקוי תקופתי מונע מגופי החימום לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר, מה שעלול לגרום לכשל של המחמם. יש להקפיד במיוחד למנוע חדירה של חומר סיכה סיליקוני אל החלק המחומם של גוף חימום. סיליקון ימנע את "הרטבת" המעטה על ידי הנוזל, ויפעל כמבודד ועלול לגרום לתקלה במחמם.
עצה 10: הבטחת בקרת טמפרטורה נאותה וקפדנית ושמירה על גבולות הבטיחות
ההתאמה בין מערכת בקרת הטמפרטורה למחמם היא חיונית כדי להבטיח ביצועים טובים של המחמם ואורך חיים ארוך. כל יישום תהליך צריך כמינימום לכלול חיישני טמפרטורת תהליך (כדי לחוש את החומר המחומם) וחיישן גבול (כדי לחוש את טמפרטורת מעטה המחמם). יש לשקע את חיישן התהליך ישירות בחומר שצריך לחמם, או להחדיר אותו לכלי אטים ללחץ (thermowell) בנוזל עצמו. משיקולי בטיחות, יש להשתמש בשתי מערכת בקרה נפרדות – אחת לבקרת טמפרטורת התהליך והשניה לבקרת גבול גבוה. בקרים מתוכנתים או בקר טמפרטורה תהליך מסוג PID מאפשרים בקרה יציבה יותר ותגובה מהירה יותר מאשר בקרי מיתוג מסוג ON/OFF או תרמוסטטים. מנגד, לעתים קרובות בקרת PID היא יקרה יותר מאשר סוגי ה-ON/OFF ולא תמיד יש בה צורך ביישומים שלא מצריכים בקרת טמפרטורה מדויקת מאוד.
לצפיה במגוון גופי החימום באתר לחץ כאן!