Handel długością rury-wyłączony
Dłuższe rury w jednoprzebiegowym wymienniku ciepła PTFE- zapewniają większą powierzchnię na rurę, zmniejszając liczbę potrzebnych rur i upraszczając konstrukcję kolektora. Ale dłuższe rury zwiększają również spadek ciśnienia pary od wlotu do wylotu. Ciśnienie na końcu rury kondensatu jest niższe niż na wlocie pary. Ponieważ temperatura nasycenia pary wodnej maleje wraz ze wzrostem ciśnienia, efektywna siła napędowa przenoszenia ciepła zmniejsza się wzdłuż długości rury.
Zależność między długością rurki a spadkiem ciśnienia określa praktyczną maksymalną długość w przypadku projektu z jednym-przebiegiem. Powyżej tej długości utrata temperatury nasycenia na końcu wylotowym zmniejsza wymianę ciepła w dolnej części rury do niedopuszczalnego poziomu.
Obliczanie spadku ciśnienia
Spadek ciśnienia pary w prostej rurce PTFE oblicza się z równania Darcy’ego-Weisbacha: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), gdzie f to współczynnik tarcia Darcy’ego, L to długość rury, D to wewnętrzna średnica rury, ρ to gęstość pary, a v to prędkość pary.
W przypadku przepływu pary w gładkich rurkach PTFE współczynnik tarcia zależy od liczby Reynoldsa. Przy typowych prędkościach pary wynoszących 5–20 m/s w rurach o średnicy wewnętrznej 6–10 mm liczba Reynoldsa wynosi 5 000–50 000 w trybie turbulentnym. Współczynnik tarcia dla gładkich rur wynosi około 0,02-0,03.
Gdy para skrapla się wzdłuż rury, prędkość pary maleje. Spadek ciśnienia nie jest liniowy wraz z długością.-Odcinek wlotowy, przy większej prędkości, charakteryzuje się większym spadkiem ciśnienia na metr niż odcinek dolny.
| Długość rury (m) | Ciśnienie wlotowe (barg) | Ciśnienie wylotowe (barg) | Spadek ciśnienia (bar) | Temperatura nasycenia na wylocie (stopnie) | Strata LMTD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 3.0 | 2.96 | 0.04 | 142.5 | 0.5 |
| 2.0 | 3.0 | 2.91 | 0.09 | 141.8 | 1.2 |
| 3.0 | 3.0 | 2.85 | 0.15 | 140.8 | 2.2 |
| 5.0 | 3.0 | 2.70 | 0.30 | 138.5 | 4.8 |
| 8.0 | 3.0 | 2.45 | 0.55 | 135.0 | 9.5 |
Obliczono dla rurki PTFE o średnicy zewnętrznej 10 mm i średnicy wewnętrznej 8 mm, masowym przepływie pary 1,5 kg/h na rurkę, ciśnieniu wlotowym 3 barg.
Efektywna różnica temperatur
Obniżenie temperatury nasycenia wzdłuż rury zmniejsza lokalny LMTD na końcu wylotowym. Jeśli temperatura płynu procesowego wynosi 60 stopni, LMTD na wlocie rury (para 143 stopnie) wynosi około 83 stopnie. Na wylocie rury przy spadku ciśnienia 0,15 bara (rura 2,0 m) temperatura pary wynosi 140,8 stopnia, a LMTD wynosi około 80,8 stopnia -, co oznacza redukcję o 2,6%.
Do obliczeń wymiany ciepła wykorzystuje się średnią wartość LMTD na długości rury. W przypadku rury o długości 2,0 m średni LMTD wynosi około 82 stopnie. W przypadku rury o długości 5,0 m i spadku ciśnienia 0,30 bara średnia LMTD spada do około 79 stopni -, co stanowi 5% redukcję w porównaniu z przypadkiem 2,0 m.
Utrata LMTD oznacza, że dłuższa rura zapewnia mniejsze przenikanie ciepła na jednostkę długości niż krótsza rura. Całkowity transfer ciepła wzrasta wraz z długością, ale z malejącymi zyskami.
Praktyczna maksymalna długość rury
Praktyczna maksymalna długość rury dla jednoprzebiegowego wymiennika ciepła PTFE wynosi około 3-4 metry. Powyżej tej długości spadek ciśnienia-zarówno utrata LMTD, jak i zwiększone przeciwciśnienie na odwadniaczu kompensuje dodatkową powierzchnię. W zastosowaniach wymagających większej powierzchni preferuje się kilka krótszych rur połączonych równolegle zamiast mniejszej liczby dłuższych rur.
W przypadku pionowych projektów z jednym przebiegiem-, gdzie kondensat jest odprowadzany grawitacyjnie, a przepływ-kondensatu pary-przepływ-kondensatu jest współprądowy w dół, dopuszczalne mogą być rury o długości do 5 metrów, ponieważ grawitacja wspomaga drenaż i zmniejsza-spadek ciśnienia związany z kondensatem.
Streszczenie
Spadek ciśnienia pary w jednoprzejściowej-rurce wymiennika ciepła z PTFE wzrasta wraz z długością rury, zmniejszając temperaturę nasycenia na wylocie i efektywny LMTD. Praktyczna maksymalna długość rury wynosi 3-4 metry w przypadku rur poziomych i do 5 metrów w przypadku konstrukcji z pionowym współprądowym przepływem w dół. Poza tymi długościami malejący powrót wymiany ciepła i zwiększone przeciwciśnienie w układzie kondensatu sprzyjają zastosowaniu wielu krótszych rur równolegle.
Wsparcie inżynieryjne w zakresie optymalizacji długości rur wymiennika ciepła PTFE jest dostępne po przedstawieniu ciśnienia pary, obciążenia cieplnego, wymiarów rur i temperatury płynu procesowego.
