Το Υπόψυξη Ισορροπία
Το συμπύκνωμα αφήνει έναν θερμαινόμενο με ατμό-εναλλάκτη θερμότητας PTFE σε θερμοκρασία κάτω από τη θερμοκρασία κορεσμού ατμού. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας είναι ο βαθμός υποψύξης. Εάν το συμπύκνωμα εκκενώνεται πολύ ζεστό-με πολύ λίγη υποψύξη-αναβοσβήνει στον ατμό στη γραμμή επιστροφής συμπυκνώματος χαμηλότερης-πίεσης. Ο ατμός φλας αντιπροσωπεύει τη χαμένη ενέργεια που πρέπει να αντικατασταθεί από τον λέβητα. Εάν το συμπύκνωμα υποψύχεται υπερβολικά, η γραμμή συμπυκνώματος είναι κρύα και ο κίνδυνος κρούσης νερού από θύλακες ατμού συμπύκνωσης μειώνεται-αλλά ο εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να λειτουργεί με πλημμυρισμένους σωλήνες, μειώνοντας την αποτελεσματική επιφάνεια.
Ο βέλτιστος βαθμός υποψύξης εξισορροπεί αυτούς τους ανταγωνιστικούς παράγοντες. Παρέχει αρκετή ψύξη για να ελαχιστοποιήσει την απώλεια ατμού φλας, ενώ διατηρεί τη θερμοκρασία του συμπυκνώματος αρκετά υψηλή ώστε να διασφαλίζεται ότι οι σωλήνες του εναλλάκτη θερμότητας δεν πλημμυρίζουν με υποστηριζόμενο-συμπύκνωμα.
Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, το βέλτιστο εύρος υπόψυξης διαφέρει ελαφρώς από τους μεταλλικούς εναλλάκτες, επειδή οι σωλήνες PTFE έχουν χαμηλότερη θερμική μάζα και ανταποκρίνονται ταχύτερα στις αλλαγές στο επίπεδο του συμπυκνώματος.
Ο Μηχανισμός Flash Steam
Το συμπύκνωμα σε θερμοκρασία και πίεση κορεσμού περιέχει αισθητή θερμότητα στην ενθαλπία κορεσμού. Όταν αυτό το συμπύκνωμα περνά μέσα από την παγίδα ατμού σε μια γραμμή επιστροφής χαμηλότερης-πίεσης, η περίσσεια ενθαλπίας αναγκάζει ένα τμήμα του συμπυκνώματος να αναβοσβήνει στον ατμό. Το κλάσμα που αναβοσβήνει είναι: Κλάσμα φλας=(hf1 - hf2) / hfg2, όπου hf1 είναι η ενθαλπία συμπυκνώματος στην πίεση ανάντη, hf2 είναι η ενθαλπία συμπυκνώματος στην πίεση κατάντη και hfg2 είναι η λανθάνουσα θερμότητα στην πίεση κατάντη.
Για την εκκένωση συμπυκνώματος από ένα σύστημα 3 barg (143 μοιρών) σε μια ατμοσφαιρική γραμμή επιστροφής (100 μοίρες), το κλάσμα φλας είναι περίπου 10%. Ένα κιλό συμπυκνώματος παράγει 0,1 kg ατμού φλας. Αυτός ο ατμός φλας ταξιδεύει στη γραμμή επιστροφής, συχνά εξαερώνοντας προς την ατμόσφαιρα στον δέκτη συμπυκνώματος. Ο χαμένος ατμός πρέπει να αντικατασταθεί με πρόσθετο ψήσιμο λέβητα.
Η υπόψυξη του συμπυκνώματος πριν περάσει μέσα από την παγίδα μειώνει το κλάσμα φλας. Σε υποψύξη 10 μοιρών (εκφόρτιση στους 133 βαθμούς αντί για 143 μοίρες), το κλάσμα φλας πέφτει σε περίπου 6%. Σε υποψύξη 20 μοιρών πέφτει στο 2%.
Πίνακας 1: Σχέση Flash Steam και Subcooling (3 barg Steam, Atmospheric Condensate Return)
| Θερμοκρασία εκκένωσης συμπυκνώματος (βαθμός) | Πτυχίο Υπόψυξης (Πτυχίο) | Flash Steam Fraction (%) | Απώλεια Ενέργειας (kW ανά 100 kW καθήκον) | Κίνδυνος με σφυρί νερού | Κίνδυνος πλημμύρας σωλήνων |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (κορεσμένο) | 0 | 10 | 3.5 | Υψηλή (2-ροή δύο φάσεων στη γραμμή επιστροφής) | Κανένας |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Μέτριος | Πολύ χαμηλά |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Χαμηλός | Χαμηλός |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Πολύ χαμηλά | Μέτριος |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Κανένας | Υψηλό (πιθανώς πλημμυρισμένοι σωλήνες) |
Μέθοδος ελέγχου υποψύξης PTFE
Η υποψύξη ελέγχεται από τον σχεδιασμό αποστράγγισης συμπυκνωμάτων και όχι από έναν ελεγκτή θερμοκρασίας. Ένας πλωτήρας-και-θερμοστατική παγίδα ατμού κατάλληλου μεγέθους διατηρεί μια σφράγιση συμπυκνώματος στη γραμμή αποστράγγισης ενώ εκφορτώνει συνεχώς το συμπύκνωμα. Η τσιμούχα εμποδίζει τον ζωντανό ατμό να φυσά μέσα από την παγίδα. Η συνεχής εκκένωση αποφεύγει τις διακοπτόμενες γυμνοσάλιαγκες που προκαλούν το νερό σφυρί.
Η φυσική υποψύξη που συμβαίνει καθώς το συμπύκνωμα αποστραγγίζεται μέσω των σωλήνων του εναλλάκτη θερμότητας PTFE και της κεφαλής του συμπυκνώματος παρέχει 5-10 βαθμούς υπόψυξης χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό. Το τοίχωμα του σωλήνα PTFE στην πλευρά του συμπυκνώματος είναι σε επαφή με το ρευστό διεργασίας, το οποίο βρίσκεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τον ατμό. Καθώς το συμπύκνωμα αποστραγγίζεται κατά μήκος αυτού του τοίχου, ψύχεται.
Εάν επιθυμείτε πρόσθετη υπόψυξη, το παρέχει ένα μικρό μήκος σωληνώσεων μη θερμαινόμενου συμπυκνώματος μεταξύ του εναλλάκτη και της παγίδας. Ο σωλήνας λειτουργεί ως εναλλάκτης θερμότητας μεταξύ του συμπυκνώματος και του αέρα του περιβάλλοντος. Για συστήματα PTFE, αυτό είναι σπάνια απαραίτητο επειδή η φυσική υποψύξη 5-10 μοιρών είναι κοντά στο βέλτιστο.
The Water Hammer Connection
Το σφυρί νερού στις γραμμές επιστροφής συμπυκνώματος προκαλείται από την κατάρρευση των θυλάκων ατμού. Όταν ο ατμός φλας και το υποψυγμένο συμπύκνωμα συνυπάρχουν σε έναν σωλήνα, οι φυσαλίδες ατμού καταρρέουν γρήγορα καθώς συμπυκνώνονται. Η φυσαλίδα που καταρρέει δημιουργεί ένα εντοπισμένο κενό που έλκει το περιβάλλον υγρό προς τα μέσα. Η κρούση των υγρών μαζών δημιουργεί τον παλμό πίεσης σφυριού.
Η εξάλειψη του ατμού λάμψης διατηρώντας 10-15 βαθμούς υπόψυξης εξαλείφει την πηγή των φυσαλίδων ατμού. Η γραμμή επιστροφής συμπυκνώματος ρέει ως μονοφασικό υγρό, το οποίο είναι αθόρυβο και μηχανικά καλοήθη. Η απώλεια ενέργειας από τον ατμό φλας μειώνεται κατά 50-65% σε σύγκριση με την εκκένωση κορεσμένου συμπυκνώματος.
Περίληψη
Ο βέλτιστος βαθμός υποψύξης συμπυκνώματος για εναλλάκτες θερμότητας PTFE είναι 10-15 μοίρες. Αυτό μειώνει την απώλεια ατμού φλας στο 3,5-5,5% της συνολικής ροής ατμού, σε σύγκριση με το 10% για την κορεσμένη εκκένωση, ενώ διατηρείται η αποστράγγιση του σωλήνα χωρίς πλημμύρα. Η φυσική υποψύξη που συμβαίνει καθώς το συμπύκνωμα αποστραγγίζεται μέσω των σωλήνων PTFE και της κεφαλής παρέχει το μεγαλύτερο μέρος αυτής της υποψύξης χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό.
Η υποψύξη 10-15 μοιρών εξαλείφει επίσης το σφυρί νερού εξασφαλίζοντας μονοφασική ροή υγρού στη γραμμή επιστροφής συμπυκνώματος. Η εξοικονόμηση ενέργειας από μειωμένο ατμό φλας, σε συνδυασμό με μειωμένη συντήρηση από την εξάλειψη του σφυριού νερού, παρέχει γρήγορη απόδοση σε οποιαδήποτε επένδυση στη βελτιστοποίηση του συστήματος συμπυκνωμάτων.
Οι μηχανικές συστάσεις για το σχεδιασμό του συστήματος συμπυκνώματος εναλλάκτη θερμότητας PTFE είναι διαθέσιμες κατά την υποβολή της πίεσης ατμού, της πίεσης του συστήματος επιστροφής συμπυκνώματος, της λειτουργίας θερμότητας και τυχόν παρατηρούμενων κρουσμάτων νερού ή υψηλών θερμοκρασιών συμπυκνώματος.
