Utendørsberegningsutfordringen
En PTFE varmeveksler installert utendørs opplever omgivelsestemperaturer som svinger 15-20 grader mellom dag og natt, og 30-40 grader mellom sommer og vinter. Varmetapet fra veksleren og dens forbindelsesrør til miljøet varierer proporsjonalt. Et design som kun tar hensyn til gjennomsnittlig vintertemperatur kan være underdimensjonert i en kulde. Et design for ekstrem minimumstemperatur sløser med kapasitet under normal drift.
Varmetapsberegningen må ta hensyn til både den gjennomsnittlige temperaturforskjellen som driver varmetapet og topptapet som bestemmer vekslerens maksimale nødvendige kapasitet. Den må også adressere risikoen for frysing under avstengning, når ingen varme tilføres og veksleren avkjøles til omgivelsestemperatur.
I motsetning til metalliske vekslere har PTFE en sikkerhetsmargin mot fryseskader. Den fleksible fluorpolymeren tillater utvidelsen av frysevann uten å sprekke-en egenskap som påvirker frysebeskyttelsesstrategien.
Varmetapskomponentene
Varmetap fra en utendørs PTFE varmevekslerinstallasjon har tre komponenter. Tank- eller vekslerkroppstap oppstår fra de eksponerte overflatene på tanken eller vekslerskallet til omgivelsesluften. Tapsraten avhenger av overflatearealet, temperaturforskjellen mellom prosessvæsken og omgivelsesluften, og den totale varmeoverføringskoeffisienten gjennom eventuell isolasjon pluss den eksterne luftfilmen.
Tap av sammenkoblede rør oppstår fra over-rørledninger mellom veksleren og prosessen. Selv med isolasjon bidrar hver meter rør med et målbart varmetap. Det totale rørtapet avhenger av lengden på det eksponerte røret og temperaturforskjellen.
Vindforbedret tap- øker den eksterne varmeoverføringskoeffisienten. En vind på 5 m/s kan doble varmetapet sammenlignet med stillestående luft. Vinddata for installasjonsstedet bør inkluderes i varmetapsberegningen.
Tabell 1: Beregningsfaktorer for varmetap etter omgivelsesforhold (50 graders prosessvæske, 10 m² eksponert overflate, 25 mm mineralullisolasjon)
| Omgivelsestilstand | Temperaturforskjell (grad) | Vindhastighet (m/s) | Ekstern filmkoeffisient (W/m²·K) | Varmetap (kW) | Prosent av designplikt (75 kW) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sommerettermiddag (35 grader, fortsatt) | 15 | 0.5 | 5 | 1.2 | 1.6% |
| Sommernatt (22 grader, fortsatt) | 28 | 0.5 | 5 | 2.2 | 2.9% |
| Vinterettermiddag (10 grader, luftig) | 40 | 3 | 12 | 4.8 | 6.4% |
| Vinternatt (-5 grader, luftig) | 55 | 3 | 12 | 6.6 | 8.8% |
| Kaldsmell (-20 grader, vind) | 70 | 8 | 22 | 12.3 | 16.4% |
| Ekstremt minimum (-30 grader, vind) | 80 | 8 | 22 | 14.1 | 18.8% |
Varmetapsverdier for uisolert tankoverflate vil være 4-6 ganger høyere. Isolasjon er viktig for utendørs installasjoner.
Isolasjonsoptimalisering
Varmetapsberegninger veileder valg av isolasjonstykkelse. Det økonomiske optimum balanserer kostnadene ved tykkere isolasjon mot verdien av energi som er spart over utstyrets levetid. For utendørs installasjoner i kaldt klima resulterer beregningen ofte i isolasjonstykkelser på 50-75mm.
Isolasjon skal være værbestandig. Utendørs isolasjon utsatt for regn, snø og UV brytes raskt ned uten en beskyttende kledning. Mantling av aluminium eller rustfritt stål beskytter isolasjonen og gir en slitesterk overflate som kan rengjøres. Alle skjøter må tettes for å hindre vanninntrengning, noe som ødelegger isolasjonseffektiviteten.
PTFE-vekslere utgjør en spesifikk isolasjonsutfordring ved flensforbindelser og header-tilgangspunkter. Isolasjonssystemet må gi periodisk tilgang for inspeksjon og vedlikehold uten å bli skadet under fjerning og utskifting. Avtakbare isolasjonstepper på disse stedene gir nødvendig tilgang.
Frysbeskyttelsesstrategi
Når en utendørs PTFE varmeveksler slår seg av om vinteren, kan prosessvæsken som er fanget inne i rørene fryse. Vann utvider seg omtrent 9 % ved frysing, og genererer trykk som kan splitte stive rør og kar.
PTFE-rør tillater isekspansjon uten å sprekke. Materialets forlengelse ved brudd overstiger 200 %, og fleksibiliteten ved lave temperaturer-PTFE forblir duktil til -200 grader - lar røret utvide seg med det iskalde vannet. Metalliske topper, flenser og sammenkoblede rør som er koblet til PTFE-veksleren deler imidlertid ikke denne frysetoleransen.
Frostbeskyttelsesstrategien fokuserer derfor på de metalliske komponentene. Varmesporing av synlige metallrør, samlerør og ventiler forhindrer frysing under avstengning. Selve PTFE-rørene krever ingen frysebeskyttelse, selv om væske inne i rørene bør dreneres eller la sirkulere sakte hvis fryseforholdene vedvarer.
Sammendrag
Svingninger i omgivelsestemperaturen påvirker utendørs PTFE varmevekslerinstallasjoner gjennom variabelt varmetap som må imøtekommes av vekslerens dimensjonering. Isolasjonstykkelse er optimalisert for det lokale klimaet, med værbestandig kledning som er avgjørende for holdbarhet. Vindeffekter på varmetap er betydelige og bør tas med i beregninger.
PTFE-rør tåler fryseekspansjon uten skade, og gir iboende beskyttelse mot de mest alvorlige konsekvensene av vinterstans. Frysbeskyttelsen fokuserer på metalliske systemkomponenter koblet til PTFE-veksleren.
Tekniske anbefalinger for utendørs PTFE-varmevekslerisolasjon og frostbeskyttelsesdesign er tilgjengelig ved innsending av meteorologiske data på stedet, prosessvæskeegenskaper, drifts- og avstengningstemperaturprofiler og røroppsett.
