Diameter-varmeoverførselsforholdet
Damp, der kondenserer inde i et PTFE-varmevekslerrør, danner en tynd film af kondensat på indervæggen. Filmen flyder langs røret under påvirkning af tyngdekraften og forskydningsspændingen fra dampstrømmen. Tykkelsen af denne film bestemmer den interne varmeoverførselskoefficient-jo tykkere filmen er, jo højere er den termiske modstand mellem dampen og rørvæggen.
Filmtykkelsen afhænger af kondensatets strømningshastighed, rørdiameteren og rørets orientering. For en given kondensatbelastning har et rør med mindre diameter en tykkere film (kondensatet optager en større del af tværsnittet-) og en lavere indre varmeoverførselskoefficient. Et rør med større diameter har en tyndere film og en højere koefficient.
Imidlertid har rør med større diameter lavere damphastighed for den samme massestrøm, hvilket reducerer forskydningsspændingen, der hjælper med at flytte kondensatet. Den lavere forskydningsspænding kan føre til en tykkere film nær rørudløbet, hvilket delvist opvejer diameterfordelen. Den optimale rørdiameter afbalancerer disse konkurrerende effekter.
Filmtykkelsesberegningen
For laminær kondensatstrøm på indervæggen af et vandret rør er filmtykkelsen: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), hvor μ er kondensatets viskositet, Γ er kondensatets massestrøm pr. ρ er kondensatets massestrøm pr. tæthed, ρ_v er dampdensiteten, og g er tyngdekraften.
Kondensatstrømmen pr. breddeenhed er: Γ=m_cond / (π × D), hvor m_cond er kondensatmassestrømmen pr. rør, og D er rørets indre diameter. En større diameter spreder den samme kondensatstrøm over en større omkreds, hvilket reducerer Γ og fortynder filmen.
For et 10 mm ID-rør, der bærer 1,5 kg/h kondensat, er filmtykkelsen ved rørudløbet cirka 0,15 mm. For et 6 mm ID-rør med samme kondensatbelastning er filmtykkelsen ca. 0,22 mm-50 % tykkere. Den interne varmeoverførselskoefficient er proportional med 1/δ, så det mindre rør har cirka 30 % lavere indre koefficient.
| Rør-id (mm) | Kondensatbelastning (kg/t) | Filmtykkelse ved udløb (mm) | Indvendig h (W/m²·K) | Risiko for brodannelse |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Moderat (lille diameter) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Lav |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Lav |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Meget lav |
Værdier for vandret rør, laminær film, 3 barg mættet damp.
Kondensatbrodannelsesrisikoen
I vandrette rør strømmer kondensatet langs bunden af røret. Hvis filmtykkelsen bliver for stor i forhold til rørdiameteren, kan kondensatet danne bro over røret-og fylde hele-tværsnittet på et tidspunkt. Dette skaber en væskeprop, der blokerer for dampstrømmen og forårsager vandslag, når sneglen drives frem af damptrykket.
Risikoen for brodannelse stiger, når rørdiameteren falder, og når kondensatbelastningen øges. For 6 mm ID-rør er brodannelse et problem ved høje kondensatbelastninger (over ca. 2 kg/h pr. rør). For 10 mm ID-rør er brodannelse usandsynlig ved typiske kondensatbelastninger til varmevekslerservice (0,5-3 kg/h pr. rør). Den anbefalede minimumsrør-ID for vandrette dampopvarmede rør er 8 mm for at give tilstrækkelig margin mod brodannelse.
Designanbefalingen
Til de fleste PTFE-varmevekslerapplikationer giver et rør-ID på 8-10 mm (OD 10-12 mm med 1 mm væg) en god balance mellem intern varmeoverførsel, kondensatdræning og modstand mod brodannelse. Mindre rør (6 mm ID) kan bruges til lave kondensatbelastninger eller lodret orientering, hvor tyngdekraften hjælper med dræning og brodannelse ikke er et problem. Større rør (over 12 mm ID) giver bedre intern varmeoverførsel, men øger røromkostningerne og reducerer overfladearealtætheden.
Oversigt
Rørdiameteren påvirker kondensatfilmtykkelsen og den interne varmeoverførselskoefficient i en PTFE-varmeveksler. Mindre diametre giver tykkere film og lavere indre koefficienter og øger risikoen for kondensatbrodannelse. Et rør ID på 8-10 mm anbefales til vandrette rør. Lodrette rør kan bruge mindre diametre, fordi tyngdekraften forhindrer brodannelse. Den optimale diameter balancerer intern varmeoverførsel, dræningspålidelighed og overfladearealtæthed.
Teknisk support til valg af PTFE-rørdiameter er tilgængelig ved indsendelse af kondensatbelastning pr. rør, rørorientering, damptryk og påkrævet varmebelastning.
