Το πρόβλημα της απομακρυσμένης εγκατάστασης
Οι περιορισμοί χώρου μερικές φορές αναγκάζουν την εγκατάσταση του εναλλάκτη θερμότητας PTFE μακριά από τη δεξαμενή διεργασίας. Ο εναλλάκτης βρίσκεται σε έναν ημιώροφο, σε ένα διπλανό δωμάτιο ή έξω από το κτίριο. Οι σωληνώσεις διασύνδεσης μεταφέρουν θερμαινόμενο υγρό διεργασίας από τον εναλλάκτη στη δεξαμενή και επιστρέφουν το ψυχρό υγρό για αναθέρμανση.
Κάθε μέτρο σωλήνα διασύνδεσης χάνει θερμότητα στο περιβάλλον. Το θερμαινόμενο διάλυμα αφήνοντας τον εναλλάκτη PTFE στους 65 βαθμούς μπορεί να φτάσει στη δεξαμενή στους 58 βαθμούς. Η πτώση της θερμοκρασίας αντιπροσωπεύει τη χαμένη ικανότητα θέρμανσης. Ο εναλλάκτης πρέπει να εργαστεί σκληρότερα για να αντισταθμίσει, αυξάνοντας την κατανάλωση ατμού και ενδεχομένως υπερβαίνοντας το καθήκον σχεδιασμού του.
Η ερώτηση για τον μηχανικό σχεδιασμού: πόση χωρητικότητα χάνεται και σε ποιο μήκος σωλήνα η απομακρυσμένη εγκατάσταση καθίσταται αντιοικονομική;
Ο Μηχανισμός Απώλειας Θερμότητας
Η απώλεια θερμότητας από τις σωληνώσεις διασύνδεσης ακολουθεί το νόμο του Νεύτωνα για την ψύξη. Ο ρυθμός απώλειας θερμότητας εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ρευστού και του αέρα περιβάλλοντος, την επιφάνεια του σωλήνα και τον συνολικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από το ρευστό στο περιβάλλον.
Οι μη μονωμένοι μεταλλικοί σωλήνες χάνουν τη θερμότητα γρήγορα. Ένα διάλυμα μεταφοράς σωλήνα διαμέτρου 50 mm σε 65 μοίρες μέσω περιβάλλοντος 20 μοιρών χάνει περίπου 150-250 W ανά γραμμικό μέτρο. Σε μια διαδρομή 20 μέτρων, η απώλεια είναι 3-5 kW. Για ένα σύστημα θέρμανσης 30 kW, αυτό αντιπροσωπεύει μείωση ισχύος 10-17%.
Οι μονωμένες σωληνώσεις μειώνουν σημαντικά τις απώλειες. Η σωστά καθορισμένη μόνωση ορυκτοβάμβακα ή αφρού πάχους 25-50 mm μειώνει την απώλεια θερμότητας στα 20-40 W ανά μέτρο. Η ίδια διαδρομή 20 μέτρων χάνει μόνο 0,4-0,8 kW-ένα διαχειρίσιμο 1-3% της χωρητικότητας του συστήματος.
Πίνακας 1: Απώλεια θερμότητας από σωλήνες διασύνδεσης (σωλήνας 50 mm, υγρό 65 μοιρών, περιβάλλον 20 μοιρών)
| Κατάσταση μόνωσης | Απώλεια θερμότητας ανά μέτρο (W/m) | Απώλεια τρεξίματος 10 μέτρων (kW) | Απώλεια τρεξίματος 20 μέτρων (kW) | Αποτελεσματική Απώλεια Ικανότητας (Σύστημα 30 kW) |
|---|---|---|---|---|
| Μη μονωμένος χαλύβδινος σωλήνας | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| Μη μονωμένος σωλήνας PTFE | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| Μόνωση ορυκτοβάμβακα 25mm | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| Μόνωση ορυκτοβάμβακα 50mm | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| Προ{0}}μονωμένος (γεμισμένος με αφρό-) σωλήνας | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
Οι τιμές απώλειας θερμότητας είναι κατά προσέγγιση για οριζόντιους σωλήνες σε ακίνητο αέρα. Οι πραγματικές απώλειες εξαρτώνται από την ταχύτητα του ανέμου, τα στηρίγματα των σωλήνων και την ακεραιότητα της μόνωσης.
Θέματα σωληνώσεων PTFE
Οι σωληνώσεις διασύνδεσης από PTFE έχουν χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το μέταλλο, παρέχοντας μέτρια εγγενή μόνωση. Η απώλεια θερμότητας από μη μονωμένο σωλήνα PTFE είναι περίπου 20% χαμηλότερη από ό,τι από ισοδύναμο χαλύβδινο σωλήνα. Αυτό το μικρό πλεονέκτημα δεν εξαλείφει την ανάγκη για μόνωση σε μεγαλύτερες διαδρομές.
Οι σωληνώσεις PTFE έχουν υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Οι μεγάλες ευθείες διαδρομές απαιτούν βρόχους διαστολής ή φυσούνες για την αποφυγή υπερβολικής πίεσης σε σταθερά σημεία. Τα καταλύματα διαστολής πρέπει να είναι ενσωματωμένα στο σύστημα μόνωσης για να αποφευχθεί η δημιουργία μη μονωμένων τμημάτων στους αρμούς διαστολής.
Η απόσταση στήριξης για σωλήνα PTFE είναι πιο κοντά σε σχέση με τον χάλυβα λόγω της χαμηλότερης ακαμψίας. Τα στηρίγματα δημιουργούν θερμογέφυρες μέσω της μόνωσης. Κάθε στήριγμα θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα μονωτικό επίθεμα μεταξύ του σωλήνα και του σφιγκτήρα στήριξης για να ελαχιστοποιηθεί η τοπική απώλεια θερμότητας.
Οδηγίες σχεδίασης για απομακρυσμένες εγκαταστάσεις
Ελαχιστοποιήστε πρώτα το μήκος του σωλήνα. Εντοπίστε τον εναλλάκτη θερμότητας PTFE όσο πιο κοντά στη δεξαμενή επιτρέπουν οι φυσικοί περιορισμοί. Κάθε μετρητής που εξοικονομείται μειώνει την απώλεια θερμότητας και το κόστος κεφαλαίου για σωληνώσεις και μόνωση.
Μονώστε καλά. Όλες οι θερμές σωληνώσεις διασύνδεσης, συμπεριλαμβανομένων των εξαρτημάτων, των φλαντζών και των βαλβίδων, θα πρέπει να είναι μονωμένοι. Τα αφαιρούμενα μονωτικά επιθέματα επιτρέπουν την πρόσβαση στη φλάντζα και τη βαλβίδα χωρίς μόνιμη απώλεια θερμότητας.
Μέγεθος του εναλλάκτη με την υπολογισμένη απώλεια θερμότητας που περιλαμβάνεται στο καθήκον σχεδιασμού. Ένα φορτίο διεργασίας 30 kW με απώλεια σωληνώσεων 2 kW απαιτεί εναλλάκτη 32 kW και όχι 30 kW. Το πρόσθετο κόστος είναι μικρό σε σύγκριση με την ανακάλυψη χαμηλής απόδοσης μετά την εγκατάσταση.
Εξετάστε το ρυθμό ροής αντλούμενης ανακυκλοφορίας. Οι υψηλότεροι ρυθμοί ροής αυξάνουν ελαφρώς την απώλεια θερμότητας ανά μέτρο, αλλά μειώνουν την πτώση θερμοκρασίας ανά πέρασμα. Η καθαρή επίδραση στη θερμοκρασία παράδοσης εξαρτάται από τη συγκεκριμένη διαμόρφωση σωληνώσεων.
Περίληψη
Οι απομακρυσμένες εγκαταστάσεις εναλλάκτη θερμότητας PTFE χάνουν την ικανότητα θέρμανσης μέσω της απώλειας θερμότητας των σωληνώσεων διασύνδεσης. Οι μη μονωμένες σωληνώσεις πάνω από διαδρομές 10 μέτρων μπορεί να χάσουν πάνω από το 10% της χωρητικότητας του συστήματος. Η σωστή μόνωση μειώνει τις απώλειες στο 1-3%.
Οι οδηγίες σχεδιασμού δίνουν προτεραιότητα στην ελαχιστοποίηση του μήκους του σωλήνα, στη μόνωση όλων των θερμών επιφανειών και στη συμπερίληψη των υπολογισμένων απωλειών στο μέγεθος του εναλλάκτη. Η χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα των σωληνώσεων PTFE παρέχει ένα μικρό εγγενές πλεονέκτημα, αλλά δεν αντικαθιστά τη μόνωση.
Η μηχανική ανάλυση για τον σχεδιασμό εγκατάστασης απομακρυσμένου εναλλάκτη θερμότητας PTFE είναι διαθέσιμη με την υποβολή της διάταξης σωληνώσεων, του υλικού και της διαμέτρου του σωλήνα, της θερμοκρασίας ρευστού, των συνθηκών περιβάλλοντος και των διαθέσιμων προδιαγραφών μόνωσης.
