Вертикальна геометрія, яка керує дизайном
Вертикальна лінія покриття обробляє резервуар шириною 0,8 м, глибиною 0,6 м і висотою 2,5 м. Деталі рухаються вертикально через резервуар на рейці, а доступний простір для теплообмінника обмежений двома вузькими бічними стінками. Доступна площа для теплообмінника становить 0,4 м на 0,4 м, а висота – 2,0 м.
Стандартний горизонтальний пучок змійовиків вимагає розміру 1,2 м на 0,3 м, який не поміщається у вертикальному баку. Потрібен не-стандартний дизайн.
У не-стандартній конструкції використовується вертикальний пучок, який кріпиться до однієї бічної стіни. Пакет має розміри 0,35 м на 0,35 м і висоту 1,8 м. Труби проходять вертикально, а технологічна рідина тече вгору через пучок за допомогою природної конвекції або потоку перемішування.
Вертикальна конфігурація пучка
Вертикальна конфігурація пучка має кілька переваг для вертикальних ліній покриття. Вертикальна орієнтація дозволяє пучку поміститися у вузький простір бічної стіни. Вертикальні лінії труб дозволяють нагрітій рідині підніматися вздовж труб, що сприяє природній конвекції та покращує тепловіддачу. Вертикальна орієнтація також дозволяє конденсату вільно стікати з боку обслуговування, що запобігає гідроудару, який може виникнути в горизонтальних парових змійовиках.
Вертикальний пучок має деякі недоліки. Вертикальні труби вимагають вищого пучка для такої самої площі поверхні, який може не відповідати доступній висоті. Вертикальна орієнтація також піддає верхні труби нижчій швидкості технологічної рідини, що зменшує коефіцієнт теплопередачі в цій області.
Площа поверхні та кількість труб
Площа поверхні теплообмінника вертикальної лінії обшивки визначається тепловим навантаженням і межею теплового потоку. Для бака з тепловим навантаженням 5 кВт і межею теплового потоку 0,8 Вт/см² необхідна площа поверхні становить 6,3 м².
Для труби із зовнішнім діаметром 6,35 мм і товщиною стінки 0,6 мм площа поверхні на метр труби становить 0,0199 м²/м. Для 6,3 м² площі поверхні загальна довжина труби становить приблизно 317 м.
Для висоти пучка 1,8 м довжина труби за один прохід становить 1,8 м. Кількість проходів труб становить 317 / 1.8=176.. Кількість труб у пучку визначається розміром і відстанню між трубами. Для розміру 0,35 м на 0,35 м і відстані між трубками 12 мм кількість трубок на ряд становить приблизно 29, а кількість рядів – приблизно 29. Загальна кількість трубок становить приблизно 840 трубок.
Велика кількість трубок і малий діаметр трубок характерні для теплообмінників вертикальної лінії покриття. Невеликий діаметр потрібен для досягнення площі поверхні в обмеженій площі.
Матеріал труби та товщина стінки
Матеріал труби для теплообмінника вертикальної лінії покриття слід вибирати на основі хімічного процесу. Для ванн із кислотним покриттям стандартним матеріалом є PTFE. Для лужних ванн можна використовувати PTFE або PVDF.
Товщина стінок повинна бути 0,5-0,7 мм. Більш тонка стінка зменшує термічний опір і температуру стінки, але також знижує механічну міцність і стійкість до пошкоджень при транспортуванні. Стінка товщиною 0,6 мм забезпечує баланс між тепловими характеристиками та механічною міцністю.
Розташування та дизайн з’єднання
З’єднання для теплообмінника вертикальної лінії обшивки повинні бути розташовані у верхній частині пучка, щоб забезпечити доступ робочої рідини та відведення конденсату. З’єднання технологічної рідини повинні бути розташовані внизу та вгорі пучка, щоб дозволити технологічній рідині текти вгору через пучок.
Розмір підключення повинен відповідати витраті та перепаду тиску. Для витрати робочої рідини 5 м³/год і межі перепаду тиску 20 кПа розмір підключення становить 1 дюйм. Для витрати технологічної рідини 10 м³/год і межі перепаду тиску 15 кПа розмір підключення становить 1,5 дюйма.
З’єднання мають бути фланцевими прокладками з високим-відновленням, щоб пристосуватися до циклічного перегріву. Номінал фланця має відповідати тиску робочої рідини.
Конструкція підтримки та кріплення
Конструкція опори для теплообмінника вертикальної лінії покриття повинна дозволяти кріпити пучок до стінки резервуара, не перешкоджаючи руху заготовки. Опора повинна регулюватися, щоб пучок міг розташовуватися на правильній висоті та вирівнювати.
Опора повинна витримувати теплове розширення пучка. Розсувна опора або гнучке з’єднання у верхній частині пучка дозволяє розширювати та звужувати пучок без навантаження на стінку бака чи з’єднання.
Монтаж повинен бути розроблений таким чином, щоб можна було зняти пучок для очищення або заміни без демонтажу бака або трубопроводу. Фітинг для швидкого-роз’єднання на з’єднаннях і підйомне вушко у верхній частині пучка полегшують видалення.
Положення про контроль та моніторинг
Положення контролю для теплообмінника вертикальної лінії покриття повинні включати датчик температури на виході з процесу та датчик температури в зоні покриття. Різниця між двома датчиками забезпечує індикацію продуктивності теплопередачі та швидкості забруднення.
Датчик перепаду тиску на стороні обслуговування показує дренаж конденсату та накопичення неконденсованого газу. Датчик потоку на стороні процесу забезпечує індикацію швидкості потоку та продуктивності теплопередачі.
Система контролю повинна бути здатна підтримувати температуру ванни в межах ±1 градус. Для точного контролю температури рекомендується ПІД-регулятор з похідною дією.
Контрольний список специфікацій
У наведеній нижче таблиці підсумовано параметри технічних характеристик для не-стандартного теплообмінника з PTFE для вертикальної лінії покриття.
| Параметр | Специфікація | Основа |
|---|---|---|
| Розміри бака | 0.8 m × 0.6 m × 2.5 m | Геометрія вертикальної лінії |
| Наявний слід | 0.35 m × 0.35 m | Простір бічної стіни |
| Доступна висота | 1.8 m | Висота бака мінус кліренс |
| Теплове навантаження | 5 кВт | Розраховано з запасом |
| Площа поверхні | 6.3 m² | Теплове навантаження, поділене на тепловий потік |
| Тепловий потік | 0,8 Вт/см² | Межа стійкості ванни |
| Зовнішній діаметр труби | 6,35 мм | Розміщується в обмеженій площі |
| Товщина стінки труби | 0,6 мм | Тепловий і механічний баланс |
| Матеріал труби | PTFE | Хімічна сумісність |
| Підрахунок трубок | 840 | Площа поверхні та слід |
| Висота пучка | 1.8 m | Доступна висота |
| Відстань між трубами | 12 мм | Проникнення потоку хвилювання |
| Розмір підключення (послуги) | 1 дюйм | Витрата і перепад тиску |
| Розмір підключення (процес) | 1,5 дюйма | Витрата і перепад тиску |
| Тип підключення | Фланцеві | Термальне веложитло |
| Матеріал прокладки | Розширений PTFE | Високе відновлення |
| Тип опори | Розсувні | Теплове розширення |
| Монтаж | Настінний- | Геометрія резервуара |
| Датчики температури | Технологічний вихід і зона покриття | Контроль продуктивності |
| Датчик перепаду тиску | Службова сторона | Контроль відведення конденсату |
| Датчик потоку | Сторона процесу | Моніторинг витрати |
| Система контролю | PID з похідною | Контроль температури ±1 градус |
Кошторис
Вартість не-стандартного теплообмінника з ПТФЕ для вертикальної лінії покриття залежить від площі поверхні, матеріалу труби, а також положень підключення та керування. Для установки площею 6,3 м² із трубками з PTFE, фланцевими з’єднаннями та датчиками температури та тиску капітальні витрати становлять приблизно 22 000–28 000 доларів США.
Річна вартість обслуговування становить приблизно 1500–2500 доларів США, включаючи очищення, заміну прокладки та калібрування датчика. Очікуваний термін служби становитиме 8–12 років при належному обслуговуванні.
Відповідність не-стандартного дизайну вимогам вертикальної лінії
Не-нестандартний теплообмінник з ПТФЕ для вертикальної лінії покриття слід визначати на основі фактичних розмірів бака, доступної площі та вимог процесу. Конфігурація вертикального пучка, малий діаметр труби та велика кількість труб є визначальними особливостями не-стандартної конструкції.
Не-стандартна конструкція дозволяє теплообміннику розміститися в обмеженому просторі вертикальної лінії, не перешкоджаючи руху заготовки. Вертикальна орієнтація також сприяє природній конвекції та дренажу конденсату, що покращує тепловіддачу та зменшує ризик гідроудару.
Для об’єктів вертикальної лінії покриття, які оцінюють варіанти теплообмінника з PTFE, нестандартну конструкцію слід вказати в закупівельній документації та перевірити під час введення в експлуатацію. Конфігурація за замовчуванням, надана виробником, може являти собою горизонтальний блок, який не підходить для вертикального резервуара, і отримана установка може вимагати значних змін.
Інженери з обладнання та спеціалісти з закупівель, які оцінюють технічні характеристики теплообмінника з ПТФЕ для вертикальних ліній обшивки або інших -обмежених простором послуг, можуть подати запит на перевірку конструкції, що охоплює розміри резервуара, доступну площу, теплове навантаження, площу поверхні, геометрію труби, розташування з’єднання та конструкцію опори, щоб підтвердити, що блок відповідає фактичним вимогам до вертикальної лінії та структурі витрат об’єкта.
