Valget af flowkonfiguration
En PTFE-skal-og-rørvarmeveksler i en tvungen cirkulationsløkke kan arrangeres i modstrøm (procesfluid og dampstrøm i modsatte retninger) eller parallel-strøm (begge strømmer i samme retning). Konfigurationen påvirker den logaritmiske middeltemperaturforskel, temperaturprofilen langs veksleren og den maksimale rørvægstemperatur.
Til de fleste opvarmningsapplikationer foretrækkes modstrøm-, fordi det giver en højere LMTD for de samme indgangs- og udgangstemperaturer. Procesvæsken kommer ud ved en temperatur, der nærmer sig dampindgangstemperaturen, hvilket maksimerer varmegenvindingen. Parallel-strøm har dog fordele, når der er behov for at begrænse den maksimale rørvægstemperatur-den varmeste procesvæske kommer i kontakt med den varmeste damp i samme ende, så vægtemperaturen er mere ensartet langs rørlængden.
For PTFE-vekslere, hvor den maksimale vægtemperatur er en bekymring for krybningslevetiden, involverer valget mellem mod-strøm og parallel-strøm en afvejning- mellem termisk ydeevne og mekanisk levetid.
LMTD-sammenligningen
LMTD'en for mod-flow er: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), hvor ΔT1 er temperaturforskellen i den ene ende (dampindløb - procesudløb) og ΔT2 er forskellen i udløbet i den anden ende} proces {{10}).
For parallel-flow: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), hvor ΔT1 er forskellen ved indløbsenden (dampindløb - procesindløb) og ΔT2 er forskellen ved udløbsenden{10}}udløbsprocessen-).
For en procesvæske opvarmet fra 20 grader til 60 grader ved hjælp af 3 barg mættet damp ved 143 grader, er LMTD for modstrøm ca. 101 grader. For parallel-flow er det cirka 96 grader . Forskellen på 5 % betyder, at en modstrømsveksler kræver 5 % mindre overfladeareal til samme opgaver-en beskeden, men reel fordel.
| Parameter | Modstrøm- | Parallelt-flow |
|---|---|---|
| Procesindløbstemperatur | 20 grader | 20 grader |
| Procesudgangstemperatur | 60 grader | 60 grader |
| Damptemperatur (konstant) | 143 grader | 143 grader |
| LMTD | 101 grader | 96 grader |
| Relativt overfladeareal for samme opgaver | 0,95 (mindre) | 1,00 (basislinje) |
| Maksimal rørvægstemperatur | 143 grader ved procesudløbsenden | 143 grader ved procesindløbsenden |
| Vægtemperaturens ensartethed | Varierer langs røret | Mere ensartet |
Vægtemperaturovervejelsen for PTFE
I en modstrømsveksler- er rørvæggen varmest ved procesudløbsenden, hvor 143 graders damp kommer i kontakt med 60 graders procesvæske. Den lokale vægtemperatur nærmer sig 140 grader, hvilket driver kryb med høj hastighed i den del af røret.
I en parallel-strømveksler kommer 143 graders damp i kontakt med den 20 graders indkommende procesvæske ved indløbsenden. Den store temperaturforskel driver høj varmeflux, men vægtemperaturen er faktisk lavere end i modstrøms-tilfældet, fordi den kolde procesvæske afkøler rørvæggen mere effektivt. Vægtemperaturen er mere ensartet langs rørlængden-, både dampen og procesvæsken afkøles sammen, når de bevæger sig gennem veksleren.
For PTFE-rør, der arbejder tæt på deres temperaturgrænse, kan parallel-strøm give en beskeden reduktion i den maksimale vægtemperatur, hvilket forlænger krybetiden. Fordelen er lille for de fleste applikationer-5-10 graders vægtemperaturreduktion - men for vekslere, der arbejder i den øvre ende af PTFE-temperaturområdet (over 150 grader), kan reduktionen være betydelig for levetiden.
Anbefalingen
For de fleste PTFE-varmevekslerapplikationer er mod-flow den anbefalede konfiguration. Fordelen med 5 % overfladeareal reducerer vekslerens størrelse og omkostninger. Vægtemperaturforskellen mellem de to konfigurationer er lille ved typiske driftstemperaturer (under 150 grader).
Til applikationer med damptemperaturer over 150 grader, hvor krybelevetid er en primær designbegrænsning, bør parallel-strøm overvejes. Den mere ensartede vægtemperatur reducerer den maksimale krybehastighed ved den varmeste sektion af røret, hvilket forlænger den samlede levetid. Den beskedne stigning i det nødvendige overfladeareal er begrundet i den længere tid mellem rørudskiftningerne.
Oversigt
Modstrømskonfiguration giver en 5 % højere LMTD og kræver mindre overfladeareal end parallel-strøm for den samme opvarmning. Det er det foretrukne valg til de fleste PTFE-varmevekslerapplikationer. Parallel-flow giver en lille reduktion i den maksimale rørvægstemperatur, der kan forlænge krybetiden for vekslere, der arbejder over 150 graders damptemperatur. Valget afbalancerer termisk effektivitet mod mekanisk levetid.
Teknisk support til valg af PTFE-varmevekslerflowkonfiguration er tilgængelig ved indsendelse af procesvæsketemperaturer, damptryk og påkrævet levetid.
