Valget for flytkonfigurasjon
En PTFE-skall-og-rørvarmeveksler i en tvungen sirkulasjonssløyfe kan arrangeres i motstrøm (prosessvæske og dampstrøm i motsatte retninger) eller parallell-strøm (begge strømmer i samme retning). Konfigurasjonen påvirker den logaritmiske gjennomsnittstemperaturforskjellen, temperaturprofilen langs veksleren og maksimal rørveggtemperatur.
For de fleste oppvarmingsapplikasjoner er motstrøm-foretrukket fordi det gir en høyere LMTD for samme innløps- og utløpstemperaturer. Prosessvæsken kommer ut ved en temperatur som nærmer seg dampinnløpstemperaturen, og maksimerer varmegjenvinningen. Parallell-strøm har imidlertid fordeler når det er behov for å begrense den maksimale rørveggtemperaturen-den varmeste prosessvæsken kommer i kontakt med den varmeste dampen i samme ende, slik at veggtemperaturen er mer jevn langs rørlengden.
For PTFE-vekslere, der den maksimale veggtemperaturen er en bekymring for krypelevetiden, innebærer valget mellom mot-strøm og parallell-strøm en avveining- mellom termisk ytelse og mekanisk levetid.
LMTD-sammenligningen
LMTD for mot-strøm er: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), der ΔT1 er temperaturforskjellen i den ene enden (dampinnløp - prosessutløp) og ΔT2 er differansen utløpsprosessen i den andre enden {{10}).
For parallell-strøm: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), hvor ΔT1 er forskjellen ved innløpsenden (dampinnløp - prosessinnløp) og ΔT2 er forskjellen ved utløpsenden-utløpsprosessen {10}).
For en prosessvæske oppvarmet fra 20 grader til 60 grader ved bruk av 3 barg mettet damp ved 143 grader, er LMTD for motstrøm- omtrent 101 grader. For parallell-strøm er den omtrent 96 grader . Differansen på 5 % betyr at en motstrømsveksler- krever 5 % mindre overflateareal for samme oppgave-en beskjeden, men reell fordel.
| Parameter | Motstrøm- | Parallell-flyt |
|---|---|---|
| Prosessinnløpstemperatur | 20 grader | 20 grader |
| Prosessutløpstemperatur | 60 grader | 60 grader |
| Damptemperatur (konstant) | 143 grader | 143 grader |
| LMTD | 101 grader | 96 grader |
| Relativt overflateareal for samme oppgave | 0,95 (mindre) | 1,00 (grunnlinje) |
| Maksimal rørveggtemperatur | 143 grader ved prosessutløpsenden | 143 grader ved prosessinnløpsenden |
| Veggtemperaturens ensartethet | Varierer langs røret | Mer ensartet |
Veggtemperaturbetraktningen for PTFE
I en motstrømsveksler- er rørveggen varmest ved prosessutløpsenden, der 143 graders damp kommer i kontakt med 60 graders prosessvæske. Den lokale veggtemperaturen nærmer seg 140 grader, og driver kryp med høy hastighet i den delen av røret.
I en parallell-strømveksler kommer 143 graders damp i kontakt med den 20 graders innkommende prosessvæsken ved innløpsenden. Den store temperaturforskjellen driver høy varmefluks, men veggtemperaturen er faktisk lavere enn i motstrøms-tilfelle fordi den kalde prosessvæsken kjøler ned rørveggen mer effektivt. Veggtemperaturen er mer jevn langs rørlengden-, både dampen og prosessvæsken avkjøles sammen når de beveger seg gjennom veksleren.
For PTFE-rør som opererer nær temperaturgrensen, kan parallell-strøm gi en beskjeden reduksjon i den maksimale veggtemperaturen, og forlenge kryptiden. Fordelen er liten for de fleste applikasjoner-5-10 graders veggtemperaturreduksjon – men for vekslere som opererer i den øvre enden av PTFE-temperaturområdet (over 150 grader), kan reduksjonen være betydelig for levetiden.
Anbefalingen
For de fleste PTFE-varmevekslerapplikasjoner er motstrøm-den anbefalte konfigurasjonen. Fordelen med 5 % overflateareal reduserer vekslerens størrelse og kostnad. Veggtemperaturforskjellen mellom de to konfigurasjonene er liten ved typiske driftstemperaturer (under 150 grader).
For applikasjoner med damptemperaturer over 150 grader, der kryplevetid er en primær designbegrensning, bør parallell-strøm vurderes. Den mer jevne veggtemperaturen reduserer den høyeste krypehastigheten ved den varmeste delen av røret, og forlenger den totale levetiden. Den beskjedne økningen i nødvendig overflateareal er begrunnet med lengre tid mellom rørbytte.
Sammendrag
Motstrømningskonfigurasjon gir 5 % høyere LMTD og krever mindre overflate enn parallell-strøm for samme oppvarmingseffekt. Det er det foretrukne valget for de fleste PTFE varmevekslerapplikasjoner. Parallell-strøm gir en liten reduksjon i maksimal rørveggtemperatur som kan forlenge krypelevetiden for vekslere som opererer over 150 graders damptemperatur. Valget balanserer termisk effektivitet mot mekanisk lang levetid.
Teknisk støtte for valg av strømningskonfigurasjon for PTFE-varmeveksler er tilgjengelig ved innsending av prosessvæsketemperaturer, damptrykk og nødvendig levetid.
