Jak vybrat správný počet přepážek pro PTFE výměník s nízkým bočním-průtokem?

Proud horkého korozivního produktu je přístupný k ochlazení pouze malým pramínkem chladicí vody. V typickém plášťovém a trubkovém výměníku by toto nízké proudění na straně pláště líně plavalo přes široce rozmístěné přepážky, což by způsobilo stagnující zóny a špatný přenos tepla. Proto musí být konstrukce přepážky přesně nastavena, aby se z tohoto omezeného průtoku získala každá dostupná jednotka tepelného výkonu.

Technickým problémem v počtu přepážek nízkoprůtokového PTFE výměníku je zejména přesná rovnováha mezi poklesem tlaku a přenosem tepla. Příliš mnoho přepážek by mohlo škrtit průtok a přetížit malé oběhové čerpadlo. Příliš málo může způsobit, že výměník bude hydraulicky tichý, ale tepelně neúčinný.

Proč jsou přepážky důležité ve výměnících tepla z PTFE
Přepážky slouží mnoha důležitým úkolům uvnitř trubkového výměníku:

Tok směřuje přes svazek trubek na straně pláště

Zvýšená turbulence a přenos tepla

Flexibilní držák PTFE trubek

Redukce oblastí mrtvého toku

Zabránění vibracím trubice

U PTFE výměníků je mnohem důležitější konstrukce přepážek, protože PTFE trubky jsou na rozdíl od kovových trubek mechanicky flexibilní. Správné rozmístění podpěr pomáhá udržovat geometrii svazku a řídit chování proudění tekutiny.

Za podmínek nízkého průtoku je účinnost výměníku poměrně citlivá na rozteč a uspořádání přepážek.

Tradiční segmentový kompromis ozvučnice
Většina tradičních plášťových a trubkových výměníků používá segmentové přepážky. Tyto nakrájené desky, částečně, způsobují, že tekutina na straně pláště často prochází svazkem trubek klikatým způsobem.

Tento design má za následek vysokou-rychlost proudění a zvyšuje turbulenci.

Přepážky těsně rozmístěné
Když je nastaveno více přepážek s malou vzdáleností:

Zvýšení boční rychlosti pláště

Zvyšuje se koeficient prostupu tepla

Zlepšení tepelného výkonu

Může zlepšit odolnost proti znečištění

Kapalina se urychluje a opakovaně otáčí svazkem, což způsobuje intenzivnější míchání kolem trubek.

Ale tohle je za cenu.

Pokles tlaku rychle stoupá
Na straně pláště má použití těsně rozmístěných přepážek za následek zvýšený hydraulický odpor při nízkých celkových průtokech.

Výsledek může obsahovat:

Vysoký pokles tlaku.

Menší celkový oběh

Přetížení čerpadla

Hladovění průtoku

Nestabilní operace

Za vážných okolností nemusí dodávaná hlava pumpy vůbec postačovat k udržení jakékoli smysluplné cirkulace-na straně pláště.

Problém s nedostatkem přepážek
S menším počtem přepážek je menší odpor a tekutina proudí snadněji skrz plášť.

Tato metoda snižuje:

Ztráta tlaku

Požadavky na čerpání

Omezení průtoku

Bohužel tepelný výkon obvykle klesá současně.

Laminární proudění s nízkou rychlostí
Pokud jsou přepážky široce rozprostřeny, může být rychlost na straně pláště velmi nízká. V takovém případě může mít proudění tendenci být převážně laminární a ne turbulentní v příčném-proudu.

Nyní se stane to, co:

Nízké součinitele prostupu tepla

Tepelná stratifikace

Mrtvé oblasti

Usazování pevných látek

Nahromadění-nečistot

Namísto toho může tekutina pomalu procházet otevřenými oblastmi s malým promícháním, než aby byla účinně zametána celým svazkem.

Tyto stacionární zóny mohou být obzvláště problematické při přepravě korozívních nebo pevných částic-.

Proč je třeba s výměníky PTFE s nízkým průtokem{0}} zacházet jinak
Vzhledem k tomu, že PTFE trubice je flexibilní, uspořádání přepážek může být více přizpůsobeno než u svazků tvrdých kovových trubek.

Svazky PTFE lze sestavit:

Geometrie CustomSpacer

Nastavitelná rozteč přepážek

Ne-standardní ujednání o podpoře

Spirála průtokových cest

Díky této všestrannosti jsou různé koncepce přepážek velmi zajímavé v aplikacích s nízkým průtokem.

Šroubové přepážky – současné řešení
Šroubová konstrukce ozvučnice je novou alternativou k typickým segmentovým ozvučnicím.

Namísto vytlačování tekutiny pomocí ostrých cikcak křížových{0}}proudých vzorů vedou spirálové přepážky boční proud-skořepiny po souvislé spirálové dráze přes výměník.

Šroubové přepážky nabírají slabý, meandrující proud a mění jej v příjemnou, koncentrovanou spirálu.

Jak Helical Flow zvyšuje výkon
Tento spirálový pohyb má řadu hlavních výhod:

Konzistentnější rychlost na straně pláště

Méně statické oblasti

Hydraulický tok snadněji

Nižší tlaková ztráta

Lepší rozložení tepla

Tekutina nepřetržitě proudí podél svazku způsobem podobným zátce-proudění{1}}, bez zrychlování a zpomalování.

To vede k efektivnějšímu využití energie omezeného toku.

Helix Angle a proč na tom záleží
Výkon spirálového přepážkového výměníku je poměrně citlivý na úhel šroubovice.

Typické úhly šroubovice jsou následující:

15 stupňů

25 stupňů

35 stupňů

Až 45 stupňů

Snížené úhly šroubovice
Dlouhá-šroubovice s nižším úhlem vytváří:

Hladší vedení toku

Snížený pokles tlaku

Delší dráhy toku

Kříž střední rychlosti proudění

Toto uspořádání je obecně výhodné pro PTFE výměníky s nízkým průtokem.

Větší úhly Helix
Vyšší úhly šroubovice (strmější):

Intenzita příčného proudění

Místní turbulence.

Součinitel prostupu tepla

Ale úměrně se zvyšuje i pokles tlaku.

Optimální úhel je tedy kompromisem mezi tepelným zatížením a dostupnou čerpací kapacitou.

Porovnání designu segmentových a spirálových přepážek
Rozdíly ve fungování jsou viditelnější, když jsou tyto dva přístupy přímo porovnány.

Funkce Segmentové přepážky Přepážky, spirálové
Vzor toku Křížový-tok klikatý Spirála, kontinuální
Pokles tlaku Větší Menší
Mrtvé zóny jsou možné sníženy
Nízký průtokový výkon Lepší Často Slabý
Tendence ke znečištění Střední až vysoká Nízká
Nerovnoměrné rozložení rychlosti Rovnoměrnější
Šroubovité uspořádání je lepším kompromisem mezi hydraulickým a tepelným výkonem z hlediska stability pro mnoho služeb s nízkým průtokem.

Úvahy o designu – praktické
mnoho přepážek konfigurace výměníku PTFE s nízkým průtokem, při určování je třeba vzít v úvahu mnoho.

Hlava čerpadla na prodej
Největší přijatelný odpor přepážky je omezen schopnostmi bočního tlaku pláště cirkulačního systému.

Potenciál znečištění
Konstrukce, která minimalizují stacionární zóny, jsou žádoucí pro-tuhé látky nebo krystalizující tekutiny.

Specifikace tepelného zatížení
Vyšší potřebné rychlosti přenosu tepla mohou vyžadovat těsnější vedení toku.

Držák PTFE trubice
Trubky PTFE jsou však flexibilní a rozteč podpěry musí být stále dostatečně dobrá, aby nedocházelo k nadměrnému průhybu nebo vibracím.

Přístup pro údržbu
Méně komplikované a otevřenější konfigurace přepážky by mohly poskytnout lepší přístup k čištění v aplikacích náchylných k zanášení-.

Když standardní návrhy nefungují
Standardní uspořádání plášťů a trubek je obecně navrženo pro střední až vysoké průtoky-na straně pláště. Tyto podobné geometrie mohou fungovat špatně za podmínek slabého oběhu.

Typické příznaky selhání jsou:

Nedostatečný chladicí výkon

Vysoké výstupní teploty

Snížení přetlaku

Pevný vklad

Nehomogenita rozdělení toku

Výhoda optimalizovaného vnitřního řízení toku je podstatně vyšší u systémů PTFE s nízkým tokem-.

Shrnutí
Pro aplikace s nízkým bočním průtokem pláště se správný výběr přepážek stává jedním z nejdůležitějších aspektů při určování výkonu PTFE výměníku. Konvenční segmentové přepážky představují tvrdý kompromis: těsně rozmístěné přepážky poskytují dobrý přenos tepla, ale značnou tlakovou ztrátu, zatímco široce rozmístěné přepážky minimalizují odpor, ale umožňují slabé, špatně smíšené proudění.

Konstrukce spirálové přepážky je vyváženější možností, která vede kapalinu na straně-skořepiny po jemné spirálové dráze, která udržuje rychlost, ale snižuje hydraulické ztráty a stagnační zóny. V mnoha aplikacích s nízkým-průtokem nabízí uspořádání spirály s dlouhým-roztečím lepší celkový výkon ve srovnání s tradičními segmentovými konstrukcemi.

Flexibilita rozmístění podpěr a vnitřní geometrie svazků trubek z PTFE umožňuje, aby byly tyto výměníky upraveny pro obtížné nízkoprůtokové služby, kde tradiční konstrukce selhávají.

V návrhu tepelného systému není vždy nejúčinnější varianta ta, která nejvíce tlačí kapalinu. Někdy je nejlepší výkon jemně a neustále pošťuchovat proud ve směru, kterým se chce ubírat.