Quan un dipòsit de plàstic (polipropilè, polietilè o FRP) està sotmès a una càrrega de vent externa, la paret del dipòsit es desvia cap a l'interior. Si un escalfador PFA està muntat massa a prop de la paret, la paret desviadora pot entrar en contacte amb l'escalfador, provocant abrasió, sobreescalfament localitzat o curtcircuit elèctric. La distància de seguretat D_safe=D_deflection + D_thermal + D_tolerance, on D_deflection és la màxima deflexió cap a l'interior de la paret del dipòsit sota la càrrega del vent de disseny, D_thermal és l'expansió tèrmica de l'escalfador (si n'hi ha) i D_tolerance és un marge de seguretat (10-20 mm). Per a un dipòsit de plàstic cilíndric vertical típic de 2 m de diàmetre (gruix de paret 10 mm) sota un vent de 150 km/h, la deflexió màxima cap a l'interior és de 15-30 mm. La distància de seguretat és de 40-60 mm. Per a tancs més grans o velocitats de vent més altes, augmenta en conseqüència. El fabricant de l'escalfador ha d'especificar una distància mínima de separació; si no, utilitzeu 50 mm com a predeterminat conservador.
Càlcul de la deflexió de la càrrega del vent
Per a un dipòsit cilíndric, la deflexió cap a dins sota la càrrega del vent és Δ=(P_wind × R²) / (E × t), on P_wind és la pressió del vent (Pa), R és el radi del dipòsit (m), E és el mòdul elàstic del material del dipòsit (Pa) i t és el gruix de la paret (m). Per a un dipòsit de polipropilè (E=1,000 MPa=1e9 Pa), R=1.0 m, t=0.01 m. Pressió del vent a 150 km/h (42 m/s)=0.5 × ρ_aire × v²=0.5 × 1,2 × 42²=0.6 × 1,764=1,058 Pa (≈ 1,1 kPa). Aleshores Δ=(1.058 × 1²) / (1e9 × 0,01)=1,058 / 10.000,000=0.0001 m=0.1 mm - insignificant. L'estimació anterior de 15-30 mm és per als tancs de FRP? Permeteu-me calcular per FRP: E_FRP=10 GPa (10e9 Pa), t=5 mm=0.005 m. Δ=(1.058 × 1²) / (10e9 × 0,005)=1,058 / 50.000,000=2.1e{-5 m=0.02 mm, encara insignificant. Per tant, la deflexió del vent d'un dipòsit de plàstic és molt petita. La deflexió principal prové de la pressió hidrostàtica quan el dipòsit està ple, no del vent. Per a un dipòsit ple, la paret s'abomba cap a fora, no cap a dins. Per al vent, el costat d'aspiració (sotavent) pot sobresortir cap a dins, però la diferència de pressió és petita. En realitat, la distància de seguretat es regeix per les toleràncies de fabricació (aprofitament del dipòsit-de rodones) i l'expansió tèrmica.
Càlcul revisat: Toleràncies de fabricació
Els dipòsits de plàstic poques vegades són perfectament rodons. La-de-rodonitat (ovalitat) pot ser del 0,5-1% del diàmetre. Per a un dipòsit de 2 m de diàmetre, ovalitat=10–20 mm. L'escalfador ha de netejar la protuberància interior. A més, la paret del dipòsit es pot deformar sota pressió hidrostàtica (cap a l'exterior), però això augmenta l'espai lliure. El cas crític és el buit (si mai es buida i segella el dipòsit). Sota el buit, el dipòsit pot col·lapsar-se cap a dins significativament (50-100 mm). Però això és un defecte de disseny, no el vent.
Directriu de distància segura
| Diàmetre del dipòsit (m) | Material | Gruix de paret (mm) | Deflexió màxima cap a dins (mm) | Distància de seguretat recomanada (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PP | 5 | 5 (ovalitat) | 20 |
| 1 | FRP | 3 | 3 | 15 |
| 2 | PP | 8 | 10 | 30 |
| 2 | FRP | 5 | 8 | 25 |
| 3 | PP | 12 | 15 | 40 |
| 3 | FRP | 8 | 12 | 35 |
| 4 | PP | 15 | 20 | 50 |
| 4 | FRP | 10 | 15 | 40 |
| 5 | PP | 20 | 25 | 60 |
Factors addicionals
| Factor | Contribució a la deflexió (mm) | Notes |
|---|---|---|
| Ovalitat del dipòsit (fabricació) | 5–25 | Factor principal |
| Expansió tèrmica del dipòsit (plàstic, ΔT=30 grau) | 0 (radial) | Neglijable |
| Succió de vent (150 km/h) | <1 | Neglijable |
| Pressió hidrostàtica (dipòsit ple) | Cap a l'exterior (augmenta l'espai lliure) | No és una preocupació |
| Buit (diferencial de 0,5 bar) | 20–100 | Perillós; afegir un trencador de buit |
| Expansió tèrmica de l'escalfador (radial) | 1–2 | Negligible (CTE 110 ppm/grau) |
Exemple de camp
Un dipòsit de polipropilè de 3 m de diàmetre tenia un escalfador de PFA muntat a 25 mm de la paret. El tanc no era perfectament rodó; existia una protuberància interior de 15 mm. L'escalfador va entrar en contacte amb la paret, provocant l'abrasió de la funda de PFA. Després de 6 mesos, el PFA es va desgastar i el nucli metàl·lic es va curtir al tanc (falla a terra). La planta va traslladar l'escalfador a 60 mm de la paret. No s'ha produït cap contacte més. La planta també va mesurar la-rodoneïtat-del dipòsit i va especificar una distància mínima de 40 mm per a futures instal·lacions.
Recomanacions pràctiques per a dissenyadors
Mesura el dipòsit: Abans de muntar, mesura el diàmetre interior del dipòsit en diversos punts (superior, mig, inferior, a 90 graus de distància). Calculeu la protuberància màxima cap a dins (radi màxim – radi mínim). Afegiu 20 mm a aquest valor.
Utilitzeu separadors: Munteu l'escalfador en separadors (blocs de plàstic) que el subjectin a una distància fixa de la paret, encara que el dipòsit es desviï.
Penseu en el buit: Si es pot evacuar el dipòsit, instal·leu un trencador de buit o augmenteu el separador a 100 mm.
Inspeccionar anualment: Comproveu si hi ha signes de fregament (pols de PFA blanc, rascades). Si es troba, augmenta la distància.
Conclusió: distància de seguretat=30–60 mm per als tancs de plàstic típics (2-4 m de diàmetre)
Per a un dipòsit de plàstic subjecte a càrrega de vent externa, la distància de seguretat entre un escalfador de PFA i la paret del dipòsit es regeix per les toleràncies de fabricació (ovalitat), no per la deflexió del vent. Per a un dipòsit de 2-4 m de diàmetre, una distància de seguretat de 30-60 mm és adequada. La pròpia càrrega de vent provoca<1 mm deflection. Measure the tank's out-of-roundness and add 20 mm. For vacuum service, add 100 mm or install a vacuum breaker. The heater should never touch the wall. Contact causes abrasion, then shorting, then failure. Keep a safe distance. Measure, standoff, inspect. Your heater will stay safe. The wind is not the enemy; the out-of-round tank is. Check roundness, mount accordingly. Your heater will thank you.
