Η επιλογή ρύθμισης παραμέτρων ροής
Ένας εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος PTFE-και-σωλήνας σε βρόχο εξαναγκασμένης κυκλοφορίας μπορεί να τοποθετηθεί σε αντίθετη-ροή (ροή ρευστού διεργασίας και ατμού σε αντίθετες κατευθύνσεις) ή παράλληλη-ροή (και τα δύο ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση). Η διαμόρφωση επηρεάζει τη λογαριθμική μέση διαφορά θερμοκρασίας, το προφίλ θερμοκρασίας κατά μήκος του εναλλάκτη και τη μέγιστη θερμοκρασία τοιχώματος σωλήνα.
Για τις περισσότερες εφαρμογές θέρμανσης, προτιμάται η αντίθετη ροή- επειδή παρέχει υψηλότερο LMTD για τις ίδιες θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου. Το ρευστό διεργασίας εξέρχεται σε θερμοκρασία που πλησιάζει τη θερμοκρασία εισόδου ατμού, μεγιστοποιώντας την ανάκτηση θερμότητας. Ωστόσο, η παράλληλη-ροή έχει πλεονεκτήματα όταν υπάρχει ανάγκη περιορισμού της μέγιστης θερμοκρασίας του τοιχώματος του σωλήνα-το πιο καυτό υγρό διεργασίας έρχεται σε επαφή με τον θερμότερο ατμό στο ίδιο άκρο, επομένως η θερμοκρασία του τοιχώματος είναι πιο ομοιόμορφη κατά το μήκος του σωλήνα.
Για τους εναλλάκτες PTFE, όπου η μέγιστη θερμοκρασία τοιχώματος αποτελεί ανησυχία για τη διάρκεια ζωής του ερπυσμού, η επιλογή μεταξύ αντίθετης-ροής και παράλληλης- ροής συνεπάγεται αντιστάθμιση- μεταξύ της θερμικής απόδοσης και της μηχανικής μακροζωίας.
Η σύγκριση LMTD
Το LMTD για μετρητή-ροή είναι: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), όπου ΔT1 είναι η διαφορά θερμοκρασίας στο ένα άκρο (είσοδος ατμού - έξοδος διεργασίας) και ΔT2 είναι η διαφορά στο άλλο άκρο (διεργασία εξόδου ατμού {{10}).
Για παράλληλη-ροή: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), όπου ΔT1 είναι η διαφορά στο άκρο εισόδου (είσοδος ατμού - είσοδος διεργασίας) και ΔT2 είναι η διαφορά στο άκρο εξόδου (διεργασία εξόδου ατμού {{10}).
Για ένα ρευστό διεργασίας που θερμαίνεται από 20 μοίρες έως 60 μοίρες χρησιμοποιώντας κορεσμένο ατμό 3 barg στους 143 βαθμούς , η LMTD για αντίθετη- ροή είναι περίπου 101 μοίρες . Για παράλληλη-ροή, είναι περίπου 96 μοίρες . Η διαφορά 5% σημαίνει ότι ένας μετρητής-εναλλάκτης ροής απαιτεί 5% λιγότερη επιφάνεια για την ίδια εργασία-ένα μέτριο αλλά πραγματικό πλεονέκτημα.
| Παράμετρος | Μετρητής-Ροή | Παράλληλη-Ροή |
|---|---|---|
| Θερμοκρασία εισόδου διαδικασίας | 20 μοίρες | 20 μοίρες |
| Θερμοκρασία εξόδου διαδικασίας | 60 μοίρες | 60 μοίρες |
| Θερμοκρασία ατμού (σταθερή) | 143 μοίρες | 143 μοίρες |
| LMTD | 101 μοίρες | 96 μοίρες |
| Σχετική επιφάνεια για την ίδια εργασία | 0,95 (μικρότερο) | 1,00 (βασική γραμμή) |
| Μέγιστη θερμοκρασία τοιχώματος σωλήνα | 143 μοίρες στο άκρο εξόδου διεργασίας | 143 μοίρες στο άκρο εισόδου διεργασίας |
| Ομοιομορφία θερμοκρασίας τοίχου | Διαφέρει κατά μήκος του σωλήνα | Πιο ομοιόμορφο |
Η εξέταση της θερμοκρασίας τοίχου για PTFE
Σε έναν εναλλάκτη μετρητή-ροής, το τοίχωμα του σωλήνα είναι πιο ζεστό στο άκρο εξόδου διεργασίας, όπου ο ατμός 143 μοιρών έρχεται σε επαφή με το υγρό διεργασίας 60 μοιρών. Η τοπική θερμοκρασία τοιχώματος πλησιάζει τους 140 βαθμούς, οδηγώντας σε υψηλό ρυθμό ερπυσμού σε αυτό το τμήμα του σωλήνα.
Σε έναν παράλληλο-εναλλάκτη ροής, ο ατμός 143 μοιρών έρχεται σε επαφή με το εισερχόμενο υγρό διεργασίας 20 μοιρών στο άκρο εισόδου. Η μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας οδηγεί σε υψηλή ροή θερμότητας, αλλά η θερμοκρασία του τοιχώματος είναι στην πραγματικότητα χαμηλότερη από ό,τι στην περίπτωση του μετρητή ροής, επειδή το υγρό ψυχρής διεργασίας ψύχει το τοίχωμα του σωλήνα πιο αποτελεσματικά. Η θερμοκρασία του τοιχώματος είναι πιο ομοιόμορφη κατά μήκος του σωλήνα-τόσο ο ατμός όσο και το υγρό διεργασίας ψύχονται μαζί καθώς ταξιδεύουν μέσω του εναλλάκτη.
Για σωλήνες PTFE που λειτουργούν κοντά στο όριο θερμοκρασίας τους, η παράλληλη-ροή μπορεί να προσφέρει μέτρια μείωση στη μέγιστη θερμοκρασία τοιχώματος, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του ερπυσμού. Το όφελος είναι μικρό για τις περισσότερες εφαρμογές-Μείωση θερμοκρασίας τοιχώματος 5-10 μοιρών - αλλά για εναλλάκτες που λειτουργούν στο άνω άκρο του εύρους θερμοκρασίας PTFE (πάνω από 150 μοίρες), η μείωση μπορεί να είναι σημαντική για τη διάρκεια ζωής.
Η Σύσταση
Για τις περισσότερες εφαρμογές εναλλάκτη θερμότητας PTFE, η μετρητή-ροή είναι η προτεινόμενη διαμόρφωση. Το πλεονέκτημα της επιφάνειας 5% μειώνει το μέγεθος και το κόστος του εναλλάκτη. Η διαφορά θερμοκρασίας τοίχου μεταξύ των δύο διαμορφώσεων είναι μικρή σε τυπικές θερμοκρασίες λειτουργίας (κάτω από 150 μοίρες).
Για εφαρμογές με θερμοκρασίες ατμού άνω των 150 βαθμών, όπου η διάρκεια ερπυσμού είναι πρωταρχικός περιορισμός σχεδιασμού, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η παράλληλη-ροή. Η πιο ομοιόμορφη θερμοκρασία τοιχώματος μειώνει τον μέγιστο ρυθμό ερπυσμού στο πιο ζεστό τμήμα του σωλήνα, παρατείνοντας τη συνολική διάρκεια ζωής. Η μέτρια αύξηση της απαιτούμενης επιφάνειας δικαιολογείται από τον μεγαλύτερο χρόνο μεταξύ των αντικαταστάσεων σωλήνων.
Περίληψη
Η διαμόρφωση μετρητή-ροής παρέχει 5% υψηλότερο LMTD και απαιτεί μικρότερη επιφάνεια από την παράλληλη-ροή για την ίδια λειτουργία θέρμανσης. Είναι η προτιμώμενη επιλογή για τις περισσότερες εφαρμογές εναλλάκτη θερμότητας PTFE. Η παράλληλη-ροή προσφέρει μια μικρή μείωση στη μέγιστη θερμοκρασία τοιχώματος του σωλήνα που μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής ερπυσμού για εναλλάκτες που λειτουργούν πάνω από θερμοκρασία ατμού 150 μοιρών. Η επιλογή εξισορροπεί τη θερμική απόδοση με τη μηχανική μακροζωία.
Η τεχνική υποστήριξη για την επιλογή διαμόρφωσης ροής εναλλάκτη θερμότητας PTFE είναι διαθέσιμη με την υποβολή των θερμοκρασιών ρευστού διεργασίας, της πίεσης ατμού και της απαιτούμενης διάρκειας ζωής.
