Частка сухості, яка визначає якість пари
Високотемпературне-фабричне фарбування, яке працює на фарбувальній машині під тиском при 130 градусах, отримує пару з центрального котла під тиском 8 бар, що забезпечує температуру насичення 170 градусів. Пара розподіляється через мережу трубопроводів, яка включає кілька сотень метрів труб, кілька клапанів та ізоляцію, яка може бути пошкоджена або відсутня.
Якість пари на виході з котла зазвичай становить 0,98–0,99. Під час проходження пари через мережу трубопроводів вона втрачає тепло в навколишнє середовище, а частина пари конденсується. Конденсат переноситься разом з парою у вигляді захоплених крапель, і частка сухості зменшується. На вході в теплообмінник частка сухості може становити 0,92-0,96 залежно від довжини трубопроводу та стану ізоляції.
Захоплені краплі конденсату впливають на тепловіддачу двояко. Краплі стикаються з поверхнею трубки та викликають локальне охолодження, що створює термічний стрес. Краплі також зменшують ефективне приховане тепло пари, оскільки рідка частина не виділяє прихованого тепла при подальшій конденсації. Результатом є нижча швидкість теплопередачі та більша витрата пари при тому самому тепловому навантаженні.
Вплив теплопередачі частки сухості
Коефіцієнт теплопередачі на стороні пари залежить від механізму конденсації. З сухою парою конденсація відбувається плівкою, а коефіцієнт теплопередачі високий, зазвичай 5000–10000 Вт/м²·К. З вологою парою захоплені краплі порушують плівку конденсату і створюють більш складний режим теплообміну. Коефіцієнт теплопередачі нижчий, зазвичай 3000–6000 Вт/м²·K.
Нижній коефіцієнт паро{0}}з боку плівки збільшує загальний термічний опір і зменшує загальний коефіцієнт теплопередачі. Для теплообмінника з ПТФЕ з опором стінки трубки 0,0032 м²·K/Вт і коефіцієнтом плівки з-процесу 1000 Вт/м²·K загальний коефіцієнт із сухою парою становить приблизно 230 Вт/м²·K. З вологою парою загальний коефіцієнт падає приблизно до 210 Вт/м²·K, тобто на 9%.
Зменшення загального коефіцієнта вимагає вищої швидкості потоку пари або вищої температури пари для забезпечення такого самого теплового навантаження. Більша швидкість потоку пари збільшує споживання пари та експлуатаційні витрати.
Ризик гідроудару при низькій фракції сухості
Найсерйознішим наслідком низької якості пари є гідроудар. Коли частка сухості падає нижче 0,90, захоплений конденсат може накопичуватися в нижніх точках трубопроводу та теплообмінника. Коли швидкість пари збільшується, накопичений конденсат проштовхується через систему на високій швидкості та вдаряється об трубну дошку, опори труби та кінці труби.
Сила удару може в кілька разів перевищувати статичний тиск пари, і це може спричинити механічне пошкодження компонентів PTFE. З’єднання труб-до-трубних решет особливо вразливі, оскільки це місця, де труби стиснуті, і концентрація напруги найвища.
Під час високо{0}}температурного фарбування ризик гідроудару збільшується через переривчасту роботу фарбувальних машин. Коли машина запускається, паровий клапан швидко відкривається, і швидкість пари раптово зростає. Раптове збільшення швидкості може виштовхнути накопичений конденсат через теплообмінник і викликати гідроудар.
Ефект деградації стінки труби
Краплі конденсату також впливають на швидкість деградації стінки труби. Краплі стикаються з поверхнею трубки та викликають локальне охолодження, що створює термічний стрес. Повторний термічний цикл від зіткнення крапель може спричинити втомне розтріскування стінки PTFE трубки.
Удар також видаляє захисний шар конденсату, який зазвичай покриває поверхню труби. Видалення шару конденсату піддає PTFE впливу пари та хімічного складу конденсату, який може містити корозійні речовини, отримані після обробки котлової води.
Швидкість деградації зростає з навантаженням конденсату. Частка сухості 0,95 забезпечує вищу швидкість розкладання, ніж частка сухості 0,98, якщо всі інші фактори рівні.
Кількісна оцінка впливу фракції сухості на продуктивність
У наведеній нижче таблиці наведено результати теплопередачі та ризик гідроудару для різних фракцій сухості для теплообмінника з ПТФЕ під час високо-температурного фарбування при 130 градусах з парою при 8 бар.
| Фракція сухості | Steam-Side Film Coefficient | Загальний коефіцієнт | Збільшення споживання пари | Ризик гідроудару | Швидкість деградації стінки труби |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.99 | 8,000 W/m²·K | 235 W/m²·K | Базовий рівень | Дуже низький | Дуже низький |
| 0.97 | 6,500 W/m²·K | 225 W/m²·K | +4% | Низький | Низький |
| 0.95 | 5,000 W/m²·K | 210 W/m²·K | +12% | Помірний | Помірний |
| 0.92 | 3,800 W/m²·K | 195 W/m²·K | +21% | Високий | Високий |
| 0.90 | 3,000 W/m²·K | 180 W/m²·K | +31% | Дуже високий | Дуже високий |
| 0.85 | 2,200 W/m²·K | 160 W/m²·K | +47% | Екстрім | Екстрім |
Збільшення споживання пари - це додатковий потік пари, необхідний для забезпечення того самого теплового навантаження порівняно з випадком частки сухості 0,99. Ризик гідроудару та швидкість деградації стінки труби є якісними оцінками, заснованими на навантаженні конденсату та енергії удару.
Конструктивні особливості, які зменшують низьку якість пари
Кілька конструктивних особливостей пом’якшують наслідки низької якості пари.
Паровий сепаратор.Паровий сепаратор, встановлений перед теплообмінником, видаляє захоплені краплі конденсату та збільшує частку сухості. Сепаратор зазвичай є відцентровим або перегородковим-пристроєм, розмір якого відповідає швидкості потоку пари.
Відвідник.Конденсат відповідного розміру на виході з теплообмінника видаляє конденсат, який накопичується в корпусі. Розмір уловлювача повинен відповідати навантаженню конденсату при найнижчій частці сухості.
Гравітаційний дренаж.Теплообмінник повинен бути встановлений з безперервним ухилом вниз від входу пари до випуску конденсату. Слід уникати низьких місць, де може накопичуватися конденсат.
Ударна плита.Ударна пластина навпроти вхідного отвору для пари поглинає удар струменя пари та захоплених крапель. Пластина захищає трубну решетку і кінці труб від пошкодження гідроударом.
Ізольований трубопровід.Ізоляція паропроводу зменшує втрати тепла та швидкість конденсації. Ізоляцію слід підтримувати в хорошому стані, щоб мінімізувати зменшення частки сухості.
Повільне відкриття парового клапана.Повільне відкриття парового клапана під час-запуску зменшує збільшення швидкості пари та ризик гідроудару. Рекомендується повільне{2}}відчиняючий клапан або байпас для прогрівання-.
Порівняння параметрів контролю якості пари
У наведеній нижче таблиці підсумовано ефективність і вартість різних варіантів контролю якості пари для теплообмінника з ПТФЕ під час високо-температурного фарбування.
| Опція керування | Покращення фракції сухості | Капітальні витрати | Річні операційні витрати | Зменшення ризику гідроудару | Період окупності |
|---|---|---|---|---|---|
| Без контролю | Базовий рівень | $0 | $0 | Базовий рівень | Не застосовується |
| Паровий сепаратор | +0.03 до +0.05 | $8,000–15,000 | $500–1,000 | 60–80% | 12–24 місяці |
| Покращена ізоляція | +0.02 до +0.04 | $5,000–12,000 | $200–500 | 40–60% | 12–36 місяців |
| Самопливний дренаж | +0.01 до +0.02 | $2,000–5,000 | $0 | 30–50% | 6–18 місяців |
| Ударна плита | Без змін | $1,500–3,000 | $0 | 50–70% | 6–12 місяців |
| Клапан-повільного відкриття | Без змін | $1,000–2,500 | $0 | 40–60% | 3–9 місяців |
| Комбінований сепаратор і ізоляція | +0.05 до +0.08 | $12,000–25,000 | $700–1,500 | 80–95% | 12–30 місяців |
Термін окупності розраховується виходячи зі зниження споживання пари та ризику гідроудару. Комбінований варіант сепаратора та ізоляції забезпечує найбільше покращення та найкоротший період окупності в більшості застосувань.
Специфікаційні параметри для високо-температурного фарбування
Інженери з обладнання, які вибирають PTFE теплообмінник для високотемпературного-фарбування, мають підтвердити наступні параметри у постачальника.
Тиск і температура пари.Вкажіть тиск подачі пари та температуру насичення.
Фракція сухості пари.Вкажіть очікувану частку сухості на вході в теплообмінник.
Швидкість потоку пари.Вкажіть розрахункову витрату пари та очікуваний діапазон.
Теплове навантаження.Вкажіть теплове навантаження та очікуваний діапазон.
Паровий сепаратор.Вкажіть, чи передбачений паровіддільник, і необхідне підвищення сухості.
Відвідник.Вкажіть тип конденсатовідвідника та критерії розміру.
Гравітаційний дренаж.Вкажіть орієнтацію теплообмінника та шлях дренажу.
Ударна плита.Укажіть, чи надається пластина протиударного впливу.
Ізоляція.Вкажіть вимоги до ізоляції паропроводу.
Якість пари відповідає конструкції теплообмінника
Якість пари впливає на ефективність теплопередачі, ризик гідроудару та швидкість деградації стінки труби в теплообміннику з PTFE для високо-температурного фарбування. Частка сухості нижче 0,95 збільшує споживання пари більш ніж на 12% і збільшує ризик гідроудару. Частка сухості нижче 0,90 збільшує споживання пари більш ніж на 31% і створює надзвичайний ризик гідроудару.
Частку сухості слід підтримувати вище 0,95 за допомогою поєднання паровідділення, ізоляції та гравітаційного дренажу. Паровий сепаратор є найефективнішим окремим заходом, і він зазвичай окупає свої капітальні витрати протягом 12–24 місяців завдяки зменшенню споживання пари та скороченню обслуговування.
Для високотемпературних{0}} фарбувальних установок, які оцінюють варіанти теплообмінника з PTFE, якість пари має бути зазначено в закупівельних документах і перевірено під час введення в експлуатацію. Конфігурація за замовчуванням, надана виробником, може не включати положення про низьку якість пари, і в результаті пошкодження гідроударом може призвести до передчасного виходу з ладу.
Інженери з обладнання та спеціалісти з закупівель, які оцінюють технічні характеристики теплообмінника з PTFE для високо{0}}температурного фарбування або інших послуг з-паровим нагріванням, можуть вимагати перевірки конструкції, що охоплює тиск пари, частку сухості пари, швидкість потоку пари, теплове навантаження та положення щодо контролю якості пари, щоб підтвердити, що пристрій відповідає фактичним умовам пари та робочому профілю підприємства.
