Вибір конфігурації потоку
Кожухотрубний-теплообмінник із-теплотетрафторэтилену в контурі примусової циркуляції може бути організований у проти-потоці (технологічна рідина й пара течуть у протилежних напрямках) або паралельно-потоку (обидва течуть в одному напрямку). Конфігурація впливає на логарифмічну середню різницю температур, профіль температури вздовж теплообмінника та максимальну температуру стінки труби.
Для більшості застосувань опалення краще-протипотік, оскільки він забезпечує вищу LMTD для однакових температур на вході та виході. Технологічна рідина виходить при температурі, що наближається до температури пари на вході, що максимізує рекуперацію тепла. Однак паралельний-потік має переваги, коли потрібно обмежити максимальну температуру стінки труби-найгарячіша технологічна рідина контактує з найгарячішою парою на тому самому кінці, тому температура стінки більш рівномірна по довжині трубки.
Для теплообмінників з PTFE, де максимальна температура стінки є важливою для терміну повзучості, вибір між-потоком і паралельним-потоком передбачає компроміс-між термічними характеристиками та механічною довговічністю.
Порівняння LMTD
LMTD для зустрічного -потоку: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), де ΔT1 – різниця температур на одному кінці (вхід пари - вихід процесу), а ΔT2 – різниця на іншому кінці (вихід пари - процес).
Для паралельного -потоку: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), де ΔT1 – це різниця на вході (впуск пари - вхід процесу), а ΔT2 – різниця на кінці випуску (вихід пари - вихід процесу).
Для технологічної рідини, нагрітої від 20 градусів до 60 градусів за допомогою насиченої пари під тиском 3 бар при 143 градусах, LMTD для проти-потоку становить приблизно 101 градус. Для паралельного-потоку це приблизно 96 градусів. 5% різниця означає, що протитоковий теплообмінник потребує на 5% менше площі для того самого режиму роботи-це скромна, але реальна перевага.
| Параметр | Зустрічний-потік | Паралельний-потік |
|---|---|---|
| Температура на вході процесу | 20 градусів | 20 градусів |
| Температура на виході з процесу | 60 градусів | 60 градусів |
| Температура пари (постійна) | 143 градуси | 143 градуси |
| LMTD | 101 градус | 96 градусів |
| Відносна площа поверхні для того самого навантаження | 0,95 (менший) | 1,00 (базова лінія) |
| Максимальна температура стінки труби | 143 градуси на виході з процесу | 143 градуси на вході процесу |
| Рівномірність температури стінки | Змінюється вздовж труби | Більш рівномірний |
Розгляд температури стінки для PTFE
У протиточному теплообміннику стінка труби найгарячіша на кінці технологічного отвору, де температура 143 градусів контактує з технологічною рідиною при 60 градусах. Місцева температура стінки наближається до 140 градусів, що призводить до повзучості з високою швидкістю в цій частині труби.
В теплообміннику з паралельним -потоком пара при температурі 143 градуси контактує з технологічною рідиною при температурі 20 градусів, що надходить на вході. Велика різниця температур створює високий тепловий потік, але температура стінки фактично нижча, ніж у випадку проти-потоку, оскільки холодна технологічна рідина ефективніше охолоджує стінку труби. Температура стінки є більш рівномірною по довжині труби-і пара, і технологічна рідина охолоджуються разом, коли вони проходять через теплообмінник.
Для PTFE труб, що працюють поблизу граничної температури, паралельний-потік може забезпечити помірне зниження максимальної температури стінки, подовжуючи термін повзучості. Перевага незначна для більшості застосувань-Зниження температури стінки на 5-10 градусів, але для теплообмінників, що працюють у верхній частині діапазону температур PTFE (понад 150 градусів), зниження може бути значним для терміну служби.
Рекомендація
Для більшості теплообмінників з ПТФЕ рекомендованою конфігурацією є зустріч{0}}протікання. Перевага 5% площі поверхні зменшує розмір і вартість теплообмінника. Різниця температури стінок між двома конфігураціями невелика за типових робочих температур (нижче 150 градусів).
Для застосувань із температурою пари вище 150 градусів, де термін повзучості є основним проектним обмеженням, слід розглянути паралельний-потік. Більш рівномірна температура стінки зменшує пікову швидкість повзучості в найгарячішій частині труби, подовжуючи загальний термін служби. Незначне збільшення необхідної площі поверхні виправдане більшим часом між замінами труб.
Резюме
Конфігурація проти-потоку забезпечує на 5% вищий LMTD і потребує меншої площі, ніж паралельний{2}}потік для того самого режиму опалення. Це кращий вибір для більшості застосувань PTFE теплообмінника. Паралельний-потік забезпечує невелике зниження максимальної температури стінки труби, що може подовжити термін повзучості для теплообмінників, що працюють при температурі пари вище 150 градусів. Цей вибір збалансовує теплову ефективність і механічну довговічність.
Інженерна підтримка для вибору конфігурації потоку теплообмінника з PTFE доступна після надання температур технологічної рідини, тиску пари та необхідного терміну служби.
