Kjølevannsvariabelen
Kjølevann er ikke en enkelt væske. Det varierer fra plante til plante-fra rent én gang-gjennom elvevann til høy-kjøletårnvann fylt med oppløste faste stoffer, suspenderte partikler og biologisk aktivitet. Skall-sidevæskehastigheten i et PTFE-skall-og-rørvarmeveksler må tilpasses den spesifikke kjølevannskjemien.
Hastighet som er for lav gjør at suspendert stoff kan sette seg, fremmer biofilmfesting og akselererer avleiring på PTFE-røroverflatene. For høy hastighet sløser med pumpeenergi, øker erosjonsrisikoen og kan forårsake strømningsindusert-vibrasjon av de fleksible PTFE-rørene.
Den optimale hastigheten er et kompromiss mellom disse konkurrerende kravene, og balansepunktet skifter avhengig av kjølevannskjemien. En hastighetsanbefaling i én-størrelse-passer- er utilstrekkelig.
Terskelen for begroinghastighet
Ulike begroingsmekanismer har forskjellige hastighetsavhengigheter. Å forstå hvilken mekanisme som dominerer for en gitt kjølevannskjemi styrer hastighetsspesifikasjonen.
Krystallisasjonsbegroing-avsetning av kalsiumkarbonat, kalsiumsulfat eller silika-styres primært av temperatur og konsentrasjon, ikke hastighet. Høyere hastighet reduserer imidlertid veggtemperaturen ved å forbedre varmeoverføringen, noe som reduserer krystalliseringsdrivkraften ved røroverflaten.
Partikkelbegroing-avsetning av suspendert silt, korrosjonsprodukter eller luftbåren rusk-avhenger sterkt av hastigheten-. Under en kritisk hastighet legger partikler seg ved tyngdekraften på horisontale røroverflater. Den kritiske hastigheten for å forhindre partikkelsetning på PTFE er omtrent 0,3-0,5 m/s, lavere enn for metallrør fordi den glatte, hydrofobe overflaten reduserer partikkelvedheft.
Biobegroing-tilknytning og vekst av mikroorganismer-er hastighets-sensitiv. Biofilmdannelse hemmes ved hastigheter over 0,8-1,0 m/s, der væskeskjærspenning overstiger limstyrken til den mikrobielle filmen. Imidlertid reduserer PTFEs lave overflateenergi allerede biofilmadhesjon sammenlignet med metalloverflater.
Tabell 1: Anbefalt skall-Sidehastighet etter kjølevannstype
| Kjølevannstype | Typisk kjemi | Primær begroingsrisiko | Anbefalt hastighet (m/s) | Basis |
|---|---|---|---|---|
| En gang-gjennom elvevann | Lav TDS, variabel suspendert stoff | Partikulær, sesongmessig biobegroing | 0.5-0.8 | Hindrer setning; modererer biofilm |
| Kjøletårnvann (lave sykluser) | Moderat TDS, behandlet med biocid | Skalering, noe biobegroing | 0.6-1.0 | Styrer skalering via veggtemperaturreduksjon |
| Kjøletårnvann (høye sykluser) | Høy TDS, høy hardhet | Alvorlig skaleringsrisiko | 0.8-1.2 | Maksimerer varmeoverføringen for å minimere veggtemperaturen |
| Behandlet vann med lukket-sløyfe | Lav TDS, hemmet | Minimal begroing | 0.4-0.6 | Energi-effektiv; lav begroingsrisiko |
| Sjøvann (en gang-gjennom) | Høy TDS, klorid, biologisk aktivitet | Biobegroing, noe avleiring | 1.0-1.5 | Høy hastighet hemmer makro-tilgroing |
| Brakkvann | Variabel TDS, sulfat | Skalering, biobegroing | 0.8-1.2 | Kompromiss mellom skalering og begroingskontroll |
PTFE-Spesifikke hastighetshensyn
PTFE-rør er fleksible. Ved skall-sidehastigheter over 1,5 m/s kan strømningsindusert-vibrasjon stimulere rørbevegelser. Den kritiske hastigheten for vibrasjonsstart avhenger av det ikke-støttede rørspennet. Større støtteavstand tillater høyere hastigheter uten vibrasjoner.
PTFE-overflater er hydrofobe. Grenselagets oppførsel er forskjellig fra hydrofile metalloverflater. Sklihastigheten ved PTFE-vanngrensesnittet reduserer veggskjærspenningen litt sammenlignet med en ikke-skli metalloverflate. Den praktiske effekten er en liten reduksjon i hastigheten som kreves for å oppnå en gitt begroingsmotstand.
PTFE is not subject to erosion-corrosion in the conventional sense because there is no protective film to remove. However, at very high velocities (>2,5 m/s) med vann som inneholder slipende partikler, kan det oppstå mekanisk erosjon av PTFE-overflaten. Dette er sjelden i kjølevannstjenester, men relevant for vannkilder med høy siltbelastning.
Hastighetsoptimalisering med anti-begroingsfunksjoner
PTFE-varmevekslerdesignen kan inkludere funksjoner som forbedrer begroingsmotstanden ved lavere hastigheter. Spiralformede ledeplater skaper en virvlende strømning som gjennomsøker røroverflater mer effektivt enn den rette-linjestrømmen fra segmentplater. Den virvlende strømmen opprettholder partikkelsuspensjon og hemmer biofilmfesting ved hastigheter 20-30 % lavere enn de som kreves med konvensjonell forvirring.
Den lavere hastighetskapasiteten reduserer pumpeenergikostnadene samtidig som begroingsmotstanden til design med høyere-hastighet opprettholdes. Energibesparelsene over utstyrets levetid kan være betydelige.
Sammendrag
Kjemi med kjølevann bestemmer den optimale skal-sidehastigheten i PTFE-skall-og-rørvarmevekslere. Det anbefalte området spenner fra 0,4 m/s for rent vann med lukket-sløyfe til 1,5 m/s for sjøvann. Hastighetsvalget balanserer forebygging av partikkelsetning, biofilmhemming og skaleringskontroll mot pumpeenergi og vibrasjonsgrenser.
PTFEs lave overflateenergi og glatte overflate gir en iboende begroingsmotstand som tillater hastigheter 10-20 % lavere enn de som kreves for metalliske vekslere i samme tjeneste. Spiralformede baffeldesign reduserer hastighetskravet ytterligere samtidig som begroingskontrollen opprettholdes.
Tekniske anbefalinger for hastighetsspesifikasjoner for PTFE-skall-og-rørveksler er tilgjengelige ved innsending av kjølevannsanalyse, driftstemperaturområde, begroingshistorikk for eksisterende vekslere og tilgjengelig pumpekapasitet.
