Kako odabrati točan broj pregrada za PTFE izmjenjivač s niskim -bočnim protokom?

Vruća struja korozivnog proizvoda dostupna je za hlađenje samo blagim curenjem vode za hlađenje. U tipičnom ljuskasto-cijevnom izmjenjivaču, ovaj niski bočni tok ljuske bi lijeno plutao preko široko razmaknutih pregrada, uzrokujući zone stagnacije i slab prijenos topline. Stoga dizajn pregrade mora biti precizno podešen kako bi se dobila svaka dostupna jedinica toplinskog opterećenja iz ovog ograničenog protoka.

Inženjerski problem u dizajnu PTFE izmjenjivača s niskim protokom s brojem pregrada posebno je precizna ravnoteža između pada tlaka i prijenosa topline. Previše pregrada moglo bi zagušiti protok i preopteretiti malu cirkulacijsku pumpu. Premalo ih može učiniti izmjenjivač hidraulički tihim, ali toplinski neučinkovitim.

Zašto su pregrade važne u PTFE izmjenjivačima topline
Pregrade služe brojnim važnim zadaćama unutar cijevnog izmjenjivača:

Usmjeravanje protoka preko snopa cijevi na strani školjke

Poboljšana turbulencija i prijenos topline

Fleksibilni nosači PTFE cijevi

Smanjenje područja mrtvog protoka

Izbjegavanje vibracija cijevi

U PTFE izmjenjivačima dizajn pregrada je mnogo važniji, budući da su PTFE cijevi mehanički savitljive za razliku od metalnih cijevi. Odgovarajući razmak potpore pomaže u održavanju geometrije snopa i kontroli protoka tekućine.

U uvjetima niskog protoka, učinkovitost izmjenjivača je prilično osjetljiva na razmak i raspored pregrada.

Tradicionalni kompromis segmentne pregrade
Većina tradicionalnih ljuskastih i cijevnih izmjenjivača koristi segmentne pregrade. Ove rezane ploče djelomično čine da tekućina na strani ljuske često prolazi kroz snop cijevi na cik-cak način.

Ovaj dizajn rezultira visokom poprečnom-brzinom strujanja i povećava turbulenciju.

Pregrade usko razmaknute
Kada je više pregrada postavljeno s malim razmakom:

Povećanje bočne brzine školjke

Povećava se koeficijent prijenosa topline

Poboljšanja toplinske izvedbe

Može poboljšati otpornost na prljanje

Tekućina se ubrzava i više puta okreće kroz snop uzrokujući snažnije miješanje oko cijevi.

Ali to ima svoju cijenu.

Pad tlaka brzo raste
Za stranu ljuske, upotreba usko raspoređenih pregrada rezultira povećanim hidrauličkim otporom pri niskim ukupnim brzinama protoka.

Rezultat može sadržavati:

Visoki pad tlaka.

Manja ukupna cirkulacija

Preopterećenje pumpe

Protok gladovanja

Nestabilne operacije

U teškim okolnostima isporučena glava pumpe možda neće biti dovoljna za održavanje bilo kakve smislene-cirkulacije na strani školjke.

Problem s nedovoljno pregrada
S manje pregrada manji je otpor i tekućina lakše teče kroz školjku.

Ova metoda smanjuje:

Gubitak pritiska

Zahtjevi za pumpanje

Ograničenje protoka

Nažalost, toplinska izvedba obično opada u isto vrijeme.

Laminarni protok s malom brzinom
Ako su pregrade široko raširene, brzina na strani školjke može biti vrlo mala. U takvom slučaju strujanje može biti pretežno laminarno, a ne turbulentno u poprečnom-strujanju.

Sada se događa sljedeće:

Niski koeficijenti prijenosa topline

Toplinska stratifikacija

Mrtva područja

Taloženje čvrstih tvari

Nakup-naprljanja

Umjesto toga, tekućina može polagano vijugati kroz otvorena područja uz malo miješanja, umjesto da bude učinkovito pometena kroz snop.

Ove nepomične zone mogu biti posebno problematične u uslugama prijevoza korozivnih ili krutih tvari-.

Zašto se s PTFE izmjenjivačima -niskog protoka mora postupati drugačije
Budući da je PTFE cijev fleksibilna, raspored pregrada može se više prilagoditi nego kod snopova cijevi od tvrdog metala.

PTFE snopovi se mogu sastaviti pomoću:

CustomSpacer geometrije

Podesivi razmak pregrade

Ne-standardni aranžmani podrške

Spirala staza protoka

Ova svestranost čini različite koncepte pregrada vrlo zanimljivima u primjenama niskog protoka.

Spiralne pregrade – suvremeno rješenje
Spiralni dizajn pregrade nova je alternativa tipičnim segmentnim pregradama.

Umjesto tjeranja tekućine kroz oštre cik-cak križne-obrasce protoka, spiralne pregrade vode-bočni tok školjke duž kontinuirane spiralne staze kroz izmjenjivač.

Spiralne pregrade uzimaju slab, vijugav tok i pretvaraju ga u ugodnu, koncentriranu spiralu.

Kako spiralni tok poboljšava izvedbu
Ovo spiralno kretanje ima brojne velike prednosti:

Konzistentnija brzina na strani školjke

Manje statičnih područja

Lakši hidraulički protok

Manji gubitak tlaka

Bolja raspodjela topline

Tekućina kontinuirano teče uzduž snopa na čep-tok-kao način, bez ubrzavanja i usporavanja.

To rezultira učinkovitijim korištenjem ograničene energije protoka.

Kut zavojnice i zašto je to važno
Učinak spiralnog izmjenjivača pregrade prilično je osjetljiv na kut spirale.

Tipični kutovi zavojnice su sljedeći:

15 stupnjeva

25 stupnjeva

35 stupnjeva

Čak 45 stupnjeva

Smanjeni kutovi zavojnice
Duga -zavojnica s nižim kutom proizvodi:

Lakše vođenje protoka

Smanjen pad tlaka

Dulji putovi protoka

Umjerena brzina protoka križ

Ovaj raspored općenito je poželjan za PTFE izmjenjivače niskog protoka.

Veći kutovi zavojnice
Veći zavojni kutovi (strmiji):

Intenzitet poprečnog strujanja

Lokalne turbulencije.

Koeficijent prolaza topline

Ali pad tlaka također raste proporcionalno.

Stoga je optimalni kut kompromis između toplinskog opterećenja i raspoloživog kapaciteta pumpanja.

Usporedba dizajna segmentnih i spiralnih pregrada
Varijacije u funkcioniranju su vidljivije kada se ta dva pristupa izravno usporede.

Značajka Segmentne pregrade Pregrade, spiralne
Uzorak toka Križni-tok cik-cakSpiralan, kontinuiran
Pad tlaka Veći Manji
Moguće smanjenje mrtvih zona
Učinkovitost niskog protoka Bolje Često Slabo
Tendencija obraštanja Umjerena do visoka Niska
Raspodjela brzine Nejednaka Ravnomjernija
Spiralni raspored bolji je kompromis između hidrauličkih i toplinskih performansi u smislu stabilnosti za mnoge usluge niskog protoka.

Razmatranja dizajna – Praktično
puno pregrada konfiguracija PTFE izmjenjivača niskog protoka postoji mnogo razmatranja pri određivanju.

Glava pumpe na prodaju
Najveća prihvatljiva otpornost na pregradu ograničena je mogućnostima bočnog pritiska oplate cirkulacijskog sustava.

Potencijal obraštanja
Dizajni koji minimiziraju stacionarne zone poželjni su za-koje sadrže čvrste tvari ili kristalizirajuće tekućine.

Specifikacije toplinskog opterećenja
Veće potrebne brzine prijenosa topline mogu zahtijevati čvršće vođenje protoka.

PTFE držač cijevi
Međutim, PTFE cijevi su fleksibilne i razmak između nosača i dalje mora biti dovoljno dobar da spriječi pretjerano savijanje ili vibracije.

Pristup radi održavanja
Manje komplicirane, otvorenije konfiguracije pregrada mogle bi pružiti bolji pristup za čišćenje u aplikacijama-sklonim prljanju.

Kada standardni dizajni ne rade
Standardni rasporedi ljuske i cijevi općenito su dizajnirani za umjerene do visoke brzine protoka-na strani ljuske. Te slične geometrije mogu loše funkcionirati u uvjetima slabe cirkulacije.

Tipični simptomi kvara su:

Nedovoljan kapacitet hlađenja

Visoke izlazne temperature

Smanjenje nadpritiska

Solidan depozit

Nehomogenost raspodjele protoka

Prednost optimiziranog unutarnjeg upravljanja protokom znatno je veća u PTFE sustavima-protoka.

Sažetak
Za aplikacije sa niskim bočnim protokom u kućištu, pravilan odabir pregrada postaje jedan od najvažnijih aspekata u određivanju performansi PTFE izmjenjivača. Konvencionalne segmentne pregrade predstavljaju težak kompromis: usko raspoređene pregrade daju dobar prijenos topline, ali značajan gubitak tlaka, dok široko razmaknute pregrade smanjuju otpor, ali dopuštaju slabe, slabo miješane obrasce protoka.

Spiralni dizajni pregrada su uravnoteženija opcija, vodeći tekućinu na-strani školjke duž nježne spiralne staze koja održava brzinu, ali smanjuje hidrauličke gubitke i zone stagnacije. U mnogim primjenama niskog-protoka, spiralni raspored dugog{3}}nagiba nudi poboljšanu ukupnu izvedbu u usporedbi s tradicionalnim segmentnim dizajnom.

Fleksibilnost razmaka potpore i unutarnje geometrije snopova PTFE cijevi omogućuje prilagodbu ovih izmjenjivača za teške usluge niskog protoka gdje tradicionalni dizajni ne uspijevaju.

U dizajnu toplinskog sustava, najučinkovitija opcija nije uvijek ona koja najjače gura tekućinu. Ponekad je najbolja izvedba tiho i neprestano gurati tok u smjeru u kojem želi ići.