Το πρόβλημα του κεκλιμένου δαπέδου
Οι δεξαμενές επεξεργασίας λυμάτων, τα πυκνωτικά λάσπης και ορισμένες δεξαμενές επιμετάλλωσης ενσωματώνουν δάπεδα με κλίση-συνήθως 2-5 μοιρών από οριζόντια σε απευθείας καθίζηση στερεών προς μια λεκάνη συλλογής. Ο εναλλάκτης θερμότητας που είναι εγκατεστημένος πάνω από το κεκλιμένο δάπεδο πρέπει να ακολουθεί την κλίση του δαπέδου για να διατηρεί σταθερό βάθος βύθισης και απόσταση. Αυτό σημαίνει ότι η δέσμη του σωλήνα δεν είναι επίπεδη. Το άκρο εισόδου ατμού βρίσκεται ψηλότερα από το άκρο εξόδου συμπυκνώματος ή αντίστροφα, ανάλογα με την κατεύθυνση της κλίσης σε σχέση με τον προσανατολισμό της κεφαλής.
Οι τυπικές κεφαλίδες εναλλάκτη θερμότητας PTFE προϋποθέτουν μια δέσμη σωλήνων επίπεδου. Οι πολλαπλές διανομής ατμού και συλλογής συμπυκνωμάτων έχουν σχεδιαστεί για ίση στατική κεφαλή σε όλες τις συνδέσεις σωλήνων. Σε μια κλίση, αυτή η υπόθεση αποτυγχάνει. Οι σωλήνες στο χαμηλό άκρο της κεφαλής βλέπουν διαφορετική πίεση οδήγησης από τους σωλήνες στο υψηλό άκρο. Αποτελέσματα κακής κατανομής ροής.
Τα προσαρμοσμένα σχέδια κεφαλίδων αντισταθμίζουν την κλίση, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη κατανομή ατμού και πλήρη αποστράγγιση συμπυκνωμάτων από κάθε σωλήνα ανεξάρτητα από την ανύψωσή του κατά μήκος της κεφαλής.
Η αντιστάθμιση κατανομής ροής
Σε μια τυπική οριζόντια κεφαλίδα που τροφοδοτεί πολλαπλούς κάθετους ή κεκλιμένους σωλήνες, η στατική πίεση ποικίλλει ανάλογα με την ανύψωση. Στο χαμηλό άκρο μιας κεκλιμένης κεφαλής, η στατική κεφαλή ατμού στην κεφαλή είναι υψηλότερη, αυξάνοντας την πίεση κίνησης στους σωλήνες σε αυτό το άκρο. Στο υψηλό άκρο, η στατική κεφαλή είναι χαμηλότερη, μειώνοντας την πίεση οδήγησης. Οι σωλήνες στο χαμηλό άκρο λαμβάνουν περισσότερη ροή ατμού από τους σωλήνες στο υψηλό άκρο.
Η ανισορροπία ροής μπορεί να αντισταθμιστεί με διάφορες προσεγγίσεις σχεδιασμού. Μια κωνική κεφαλίδα-που μειώνει σε διατομή-από το υψηλό άκρο στο χαμηλό άκρο-αυξάνει την ταχύτητα και την ανάκτηση πίεσης στο χαμηλό άκρο, αντισταθμίζοντας εν μέρει το φαινόμενο στατικής κεφαλής. Εναλλακτικά, μεμονωμένα στόμια εισαγωγής σωλήνων ποικίλης διαμέτρου-μεγαλύτερα στο υψηλό άκρο, μικρότερα στο χαμηλό άκρο-εξισώνουν την αντίσταση ροής κάθε διαδρομής σωλήνα.
Για τους εναλλάκτες PTFE, προτιμάται η προσέγγιση στομίου. Σε κάθε σύνδεση εισόδου σωλήνα τοποθετούνται μικρά ένθετα στομίου PTFE ή PVDF. Οι διάμετροι στομίου υπολογίζονται με βάση την ανύψωση κάθε σύνδεσης σωλήνα και την επιθυμητή ροή ανά σωλήνα. Τα ένθετα μπορούν να αντικατασταθούν εάν αλλάξουν οι συνθήκες διεργασίας.
Πίνακας 1: Προσαρμοσμένες παράμετροι σχεδίασης κεφαλίδας για δεξαμενές με κλίση δαπέδου (Κλίση δαπέδου 5 μοιρών, μήκος κεφαλής 3 μέτρα)
| Παράμετρος σχεδίασης | Τυπική κεφαλίδα (επίπεδο) | Προσαρμοσμένη κεφαλίδα (με κλίση) | Μέθοδος Αποζημίωσης |
|---|---|---|---|
| Υψομετρική διαφορά στην κεφαλίδα | 0 mm | 262 mm (πάνω από 3 μέτρα σε 5 μοίρες) | – |
| Στατική διαφορά κεφαλής | 0 Pa | ~ 550 Pa (ατμός στα 3 barg) | – |
| Διακύμανση ροής χωρίς αντιστάθμιση | < 5% | 25-35% | – |
| Παραλλαγή ροής με κωνική κεφαλίδα | – | < 10% | Η διάμετρος κεφαλής μειώνεται κατά 20% από το υψηλό στο χαμηλό άκρο |
| Διακύμανση ροής με στόμια εισόδου | – | < 5% | 6 μεγέθη στομίων, αυξήσεις 0,5 mm |
| Σχέδιο κεφαλίδας συμπυκνώματος | Επίπεδο; ομοιόμορφη κλίση | Βαλμαδωτό ή επικλινές με κεφαλή ατμού | Ταιριάζει με τα υψόμετρα εξόδου του σωλήνα |
| Διακύμανση μήκους σωλήνα | Στολή | Αυξάνει από το υψηλό στο χαμηλό άκρο έως και 262 mm | Αντισταθμίζει την κλίση του δαπέδου |
Σχεδιασμός Αποστράγγισης Συμπυκνωμάτων
Η αποστράγγιση συμπυκνωμάτων σε μια πλαγιά παρουσιάζει πρόσθετες προκλήσεις. Εάν η κεφαλή συμπυκνώματος είναι παράλληλη με την κεφαλή ατμού και επίσης έχει κλίση, το συμπύκνωμα από τους σωλήνες στο υψηλό άκρο πρέπει να ρέει κατηφορικά κατά μήκος της κεφαλής για να φτάσει στην παγίδα ατμού στο χαμηλό άκρο. Η ροή δύο φάσεων στην κεφαλή του συμπυκνώματος (συμπύκνωση συν ατμός εκτόξευσης) μπορεί να παρουσιάσει ολίσθηση στην πιο απότομη πραγματική κλίση.
Η προτιμώμενη προσέγγιση είναι μια βαθμιδωτή κεφαλή συμπυκνώματος: η κεφαλή κατασκευάζεται σε μικρά οριζόντια τμήματα, καθένα από τα οποία εξυπηρετεί 4-6 σωλήνες, με κάθε τμήμα να αποστραγγίζεται μέσω ενός σκέλους πτώσης σε μια κοινή πολλαπλή συλλογής συμπυκνώματος παρακάτω. Αυτό διασφαλίζει ότι κάθε ομάδα σωλήνων αποστραγγίζεται οριζόντια, αποφεύγοντας την αστάθεια της κλίσης δύο φάσεων, ενώ η πολλαπλή συλλογής τρέχει σε πιο απότομη κλίση προς την παγίδα.
Η αντιστάθμιση μήκους σωλήνα
Οι σωλήνες στο χαμηλό άκρο της δέσμης πρέπει να είναι μακρύτεροι από τους σωλήνες στο υψηλό άκρο για να διατηρηθεί το ίδιο διάκενο πάνω από το κεκλιμένο δάπεδο. Η διαφορά μήκους σωλήνα υπολογίζεται από τη γωνία κλίσης και το μήκος της κεφαλής. Για κλίση 5 μοιρών και κεφαλίδα 3 m, το μήκος του σωλήνα στο χαμηλό άκρο είναι περίπου 262 mm μεγαλύτερο από ό,τι στο υψηλό άκρο.
Με τον εναλλάκτη παρέχονται σωλήνες προσαρμοσμένης-κοπής βαθμονομημένων μηκών. Κάθε θέση σωλήνα επισημαίνεται στην κεφαλή και στον ίδιο τον σωλήνα για να διασφαλιστεί η σωστή συναρμολόγηση. Τα βαθμονομημένα μήκη σωλήνων εξασφαλίζουν ομοιόμορφη απόσταση πάνω από το δάπεδο της δεξαμενής, αποτρέποντας την τοπική συσσώρευση λάσπης κάτω από τον εναλλάκτη.
Περίληψη
Απαιτούνται προσαρμοσμένα σχέδια κεφαλίδων για εναλλάκτες θερμότητας PTFE που είναι εγκατεστημένοι πάνω από κεκλιμένα δάπεδα δεξαμενών για να αντισταθμίσουν τη διακύμανση της στατικής κεφαλής κατά μήκος της κεφαλής που προκαλεί κακή κατανομή ροής. Οι κωνικές κεφαλές ή τα στόμια εισαγωγής μεμονωμένου μεγέθους εξισώνουν τη ροή. Οι κλιμακωτές κεφαλές συμπυκνώματος εξασφαλίζουν πλήρη αποστράγγιση χωρίς δι-αποστράγγιση. Τα διαβαθμισμένα μήκη σωλήνων διατηρούν ομοιόμορφη απόσταση από το δάπεδο.
Η προσαρμοσμένη σχεδίαση διασφαλίζει ότι ο εναλλάκτης PTFE παρέχει την πλήρη λειτουργία θέρμανσης του χωρίς τις πλημμύρες και τα κρύα σημεία που θα προέκυπταν από την εγκατάσταση ενός τυπικού επιπέδου-σχεδίου εδάφους σε επικλινές δάπεδο.
Διατίθεται τεχνική υποστήριξη για σχεδιασμό κεκλιμένου-εναλλάκτη θερμότητας PTFE δαπέδου με την υποβολή των απαιτήσεων κλίσης δαπέδου, μήκους κεφαλής, πίεσης ατμού, μέτρησης σωλήνων και λειτουργίας θερμότητας.
