Το εμπόδιο του αναδευτήρα
Οι κυλινδρικές δεξαμενές διεργασίας με-τοποθετημένους αναδευτήρες στο κέντρο αποτελούν μια κλασική πρόκληση σχεδιασμού εναλλάκτη θερμότητας. Η ιδανική θέση για ένα θερμαντήρα εμβάπτισης-ομοιόμορφα κατανεμημένο στη διατομή-της δεξαμενής-καταλαμβάνεται από τον άξονα του αναδευτήρα. Ο εναλλάκτης θερμότητας πρέπει να ταιριάζει στο δακτυλιοειδές χώρο μεταξύ του άξονα και του τοιχώματος της δεξαμενής, παρέχοντας παράλληλα επαρκή απόσταση για την περιστροφή του άξονα, την πρόσβαση της πτερωτής και τον καθαρισμό της δεξαμενής.
Ένα τυπικό ορθογώνιο πλέγμα εναλλάκτη θερμότητας PTFE δεν μπορεί να χωρέσει σε αυτόν τον χώρο χωρίς είτε να αφήσει μεγάλες μη θερμαινόμενες ζώνες είτε να παρεμποδίσει τον αναδευτήρα. Μια προσαρμοσμένη γεωμετρία κεφαλίδας-κυκλική ή τμηματοποιημένη-συμμορφώνεται με τον διαθέσιμο δακτυλιοειδή όγκο και μεγιστοποιεί την εγκατεστημένη επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας.
Σχεδιασμός δακτυλιοειδούς κεφαλίδας
Ο εναλλάκτης θερμότητας έχει διαμορφωθεί ως κυκλικό πλέγμα με κεντρικό άνοιγμα για τον άξονα του αναδευτήρα. Δύο διατάξεις κεφαλίδων εξυπηρετούν αυτή τη γεωμετρία: μια συνεχής κυκλική κεφαλίδα με ακτινικές συνδέσεις σωλήνων ή μια τμηματοποιημένη κεφαλίδα που αποτελείται από τμήματα τόξου που διασυνδέονται με εύκαμπτους βρόχους σωλήνων.
Η συνεχής κυκλική κεφαλή είναι ένας δακτύλιος PTFE τοποθετημένος στην περίμετρο της δεξαμενής, είτε στο πάτωμα της δεξαμενής (για πλέγμα{0}τοποθετημένο στο πάτωμα) είτε αναρτημένο από το χείλος της δεξαμενής (για κάθετα προσανατολισμένο πλέγμα). Οι σωλήνες συνδέονται με την κεφαλή γύρω από την περιφέρειά της και εκτείνονται ακτινικά προς τα μέσα προς το κεντρικό άνοιγμα. Το μήκος του σωλήνα ποικίλλει ανάλογα με την ακτινωτή θέση στην κεφαλή, δημιουργώντας ένα σχέδιο που γεμίζει τον δακτυλιοειδή χώρο.
Για μεγάλες δεξαμενές όπου θα ήταν δύσκολο να κατασκευαστεί και να εγκατασταθεί μια ενιαία συνεχής κεφαλίδα, μια τμηματοποιημένη σχεδίαση χωρίζει τον δακτύλιο σε τομείς-συνήθως 4 ή 6. Κάθε τομέας έχει το δικό του τόξο κεφαλής, δέσμη σωλήνων και συνδέσεις ατμού/συμπυκνώματος. Οι τομείς μπορούν να εγκατασταθούν και να αφαιρεθούν ανεξάρτητα, απλοποιώντας την πρόσβαση στη συντήρηση μέσω του αγωγού δεξαμενής.
| Παράμετρος σχεδίασης | Συνεχής κυκλική κεφαλίδα | Τμηματοποιημένη κεφαλίδα (4 Τομείς) |
|---|---|---|
| Σχήμα κεφαλίδας | Πλήρης δακτύλιος (360 μοίρες) | Τμήματα τόξου 4 × 90 μοιρών |
| Διάμετρος κεφαλίδας | 80-90% ID δεξαμενής | Ίδιο (τόξο τμήμα του δακτυλίου) |
| Κεντρική διάμετρος ανοίγματος | Διάμετρος άξονα ανάδευσης + 200-300mm διάκενο | Ιδιο |
| Προσανατολισμός σωλήνα | Ακτινικό (κάθετο στον δακτύλιο κεφαλίδας) | Ακτινικός |
| Διακύμανση μήκους σωλήνα | Προοδευτικό (κοντό στην εσωτερική ακτίνα, μακρύ στην εξωτερική) | Προοδευτική σε κάθε τομέα |
| Μέγιστη διάσταση κομματιού κεφαλίδας | Διάμετρος δεξαμενής (απαιτεί μεγάλο διάδρομο) | Μήκος χορδής τόξου (ταιριάζει στο τυπικό manway) |
| Εγκατάσταση | Μονός ανελκυστήρας ή σε-συγκρότημα δεξαμενής | Τομέας-ανά-τομέας. μπορεί να εγκατασταθεί μέσω του manway |
| Πρόσβαση στη συντήρηση | Πρέπει να αποστραγγιστεί η δεξαμενή για πλήρη αφαίρεση της δέσμης | Απομονώστε και αφαιρέστε μεμονωμένο τομέα |
Οι απαιτήσεις εκκαθάρισης αναδευτήρα
Το κεντρικό άνοιγμα στο πλέγμα του εναλλάκτη θερμότητας πρέπει να παρέχει επαρκή χώρο για τον άξονα και την πτερωτή του αναδευτήρα. Το διάκενο εξυπηρετεί τρεις σκοπούς: αποτροπή επαφής μεταξύ του περιστρεφόμενου άξονα και των σταθερών σωλήνων κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας, επιτρέποντας την εκτροπή του άξονα υπό φορτίο (που μπορεί να είναι 5-15 mm στην πτερωτή για μεγάλους αναδευτήρες) και παροχή πρόσβασης για αφαίρεση του στροφείου κατά τη συντήρηση.
Η ελάχιστη απόσταση είναι 150 mm ακτινικά από την επιφάνεια του άξονα για μικρούς αναδευτήρες (έως 50 mm διάμετρος άξονα) και 250-300 mm για μεγάλους αναδευτήρες. Το διάκενο μετράται από την επιφάνεια του άξονα στη μέγιστη αναμενόμενη απόκλιση και όχι από τη στατική κεντρική γραμμή.
Τα άκρα του σωλήνα στο εσωτερικό όριο του δακτυλίου υποστηρίζονται από έναν οδηγό δακτύλιο PTFE που διατηρεί την απόσταση τους και αποτρέπει την εκτροπή μεμονωμένων σωλήνων στη ζώνη διάκενου του άξονα.
Η βελτιστοποίηση θερμικής απόδοσης
Η δακτυλιοειδής γεωμετρία συγκεντρώνει θερμαντική επιφάνεια στην εξωτερική περιοχή της δεξαμενής, κοντά στον τοίχο. Αυτό είναι πραγματικά ευεργετικό για τη μεταφορά θερμότητας σε δεξαμενές ανάδευσης, επειδή η πτερωτή δημιουργεί μια ζώνη υψηλής-ταχύτητας στο κέντρο και μια ζώνη χαμηλότερης-ταχύτητας κοντά στον τοίχο. Η τοποθέτηση της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας στη ζώνη χαμηλότερης-ταχύτητας μεγιστοποιεί τον χρόνο παραμονής του υγρού σε επαφή με τους θερμαινόμενους σωλήνες, βελτιώνοντας τον αποτελεσματικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας.
Η πυκνότητα του σωλήνα (σωλήνες ανά μονάδα επιφάνειας) μπορεί να μεταβάλλεται με ακτίνα για βελτιστοποίηση της κατανομής της ροής θερμότητας. Η υψηλότερη πυκνότητα σωλήνα στην εξωτερική ακτίνα αντισταθμίζει τη χαμηλότερη τοπική ταχύτητα. Η χαμηλότερη πυκνότητα κοντά στην εσωτερική ακτίνα αποτρέπει την υπερθέρμανση στη ζώνη εκκένωσης της πτερωτής υψηλότερης-ταχύτητας.
Περίληψη
Οι προσαρμοσμένες κεφαλές εναλλάκτη θερμότητας PTFE για κυλινδρικές δεξαμενές με κεντρικούς αναδευτήρες χρησιμοποιούν κυκλικές ή τμηματικές διαμορφώσεις που συμμορφώνονται με το δακτυλιοειδές διάστημα μεταξύ του άξονα και του τοιχώματος της δεξαμενής. Ο σχεδιασμός μεγιστοποιεί την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας εντός του διαθέσιμου όγκου, ενώ παρέχει επαρκή απόσταση για την περιστροφή του άξονα, την παραμόρφωση και τη συντήρηση της πτερωτής. Οι τμηματικές κεφαλίδες επιτρέπουν την εγκατάσταση και τη συντήρηση μέσω τυπικών manways. Η μεταβλητή πυκνότητα σωλήνα βελτιστοποιεί τη μεταφορά θερμότητας για να ταιριάζει με το προφίλ ταχύτητας της δεξαμενής ανάδευσης.
Η τεχνική υποστήριξη για το σχεδιασμό του δακτυλιοειδούς εναλλάκτη θερμότητας PTFE είναι διαθέσιμη με την υποβολή της διαμέτρου και του ύψους της δεξαμενής, της διαμέτρου του άξονα αναδευτήρα και των διαστάσεων της πτερωτής, του καθήκοντος θέρμανσης και του διαθέσιμου μεγέθους διαδρόμου.
