Paradokset
En PTFE varmeveksler dimensjonert for 60 kW drift ved 4 barg damptrykk klarer ikke å opprettholde prosesstemperaturens settpunkt når den opererer ved 4 barg. Dampventilen åpnes helt. Badetemperaturen synker under målet. Men når operatøren reduserer damptrykket til 2 barg, yter veksleren plutselig bedre-badtemperaturen stiger og stabiliserer seg nær settpunktet. Veksleren leverer mer varme ved lavere damptrykk. Dette er kontra{10}}intuitivt.
Årsaken er kondensatflom ved høyere trykk. Ved 4 barg er damptemperaturen 152 grader, og varmeoverføringshastigheten per arealenhet er høy. Kondensatproduksjonshastigheten er tilsvarende høy. Kondensatdreneringssystemet-dampfellen og returrøret-kan ikke håndtere toppkondensatbelastningen ved 4 barg. Kondensat rygger opp i rørene og oversvømmer den nedre delen. De oversvømmede rørene bidrar ikke til varmeoverføring. Det effektive overflatearealet reduseres. Veksleren kan ikke levere sin nominelle avgift.
Ved 2 barg er damptemperaturen 133 grader. Varmeoverføringshastigheten er lavere, og kondensatgenereringshastigheten er lavere. Dreneringssystemet kan håndtere den reduserte belastningen. Ingen flom forekommer. Alle rør bidrar til varmeoverføring. Det effektive overflatearealet er større enn ved 4 barg (der flom fjernet en del av området). Den totale varmeeffekten er høyere ved lavere trykk til tross for lavere LMTD.
Beregningen av kondensatbelastningen
Kondensatgenereringshastigheten er: m_cond=Q / h_fg, der Q er varmeeffekten og h_fg er den latente dampvarmen. Ved 4 barg er h_fg omtrent 2100 kJ/kg. Ved 2 barg er det omtrent 2160 kJ/kg. Den latente varmen er nesten konstant, så kondensatmassestrømmen er direkte proporsjonal med varmebelastningen.
Hvis veksleren ved 4 barg forsøker å levere 60 kW, er kondensatbelastningen 60/2,100=0.0286 kg/s=103 kg/t. Ved 2 barg, for en redusert belastning på 45 kW (begrenset av den nedre LMTD), er belastningen 45/2,160=0.0208 kg/s=75 kg/t-en 27 % reduksjon.
Dampfellen og kondensatreturledningen må dimensjoneres for toppkondensatbelastningen. Hvis fellen ble valgt basert på normal driftstilstand ved 2-3 barg, kan den være underdimensjonert for 4 barg tilfellet der kondensatbelastningen er høyere. Fellekapasiteten ved driftsdifferansetrykk (damptrykk minus returledningstrykk) avgjør om den tåler belastningen.
| Damptrykk | Varmeplikt | Kondensatbelastning | Fellekapasitet (eksempel: DN15 F&T) | Oversvømmelser? |
|---|---|---|---|---|
| 2 barg | 45 kW | 75 kg/t | 120 kg/t ved 1,5 bar ΔP | Ingen |
| 3 barg | 53 kW | 89 kg/t | 140 kg/t ved 2,5 bar ΔP | Ingen |
| 4 barg | 60 kW | 103 kg/t | 100 kg/t ved 3,5 bar ΔP (redusert kapasitet på grunn av flash-damp) | Ja |
Den diagnostiske bekreftelsen
Oversvømmelsesdiagnosen bekreftes ved å måle rørveggens temperaturprofil. Hvis de nedre delene av rørene er kjølige (nær prosesstemperatur), oversvømmer kondensat disse delene. Målingen kan gjøres med et infrarødt termometer eller kontakttermoelement på tilgjengelige punkter på rørbunten.
En annen bekreftelse er en midlertidig økning i kondensatdreneringskapasiteten. Å åpne dampfelle-omløpet kort (hvis en bypass er installert) eller øke ventileringen av kondensatreturledningen kan midlertidig fjerne oversvømmelsen og gjenopprette varmeeffekten til 4 barg. Hvis denne testen gjenoppretter ytelsen, er dreneringssystemet underdimensjonert.
Den korrigerende handlingen
Den permanente løsningen er å øke kondensatdreneringskapasiteten. Alternativene inkluderer: å installere en større dampfelle, legge til en ekstra felle parallelt, øke diameteren på kondensatreturledningen, redusere mottrykket i kondensatreturledningen (ved å forbedre ventilasjonen eller installere en kondensatpumpe), eller å-skå kondensatsamlingen på nytt for å forbedre dreneringen.
Dersom det ikke er mulig å øke dreneringskapasiteten, kan damptrykket begrenses til det maksimale som dreneringssystemet kan håndtere uten oversvømmelse. En trykk-begrensningsventil eller en settpunktgrense for kontrollsystemet forhindrer drift ved trykk som forårsaker flom.
Sammendrag
En PTFE varmeveksler som yter bedre ved lavt damptrykk enn ved designtrykk, opplever kondensatflom ved høyere trykk. Kondensatgenereringshastigheten overskrider dreneringssystemets kapasitet, oversvømmer de nedre rørseksjonene og reduserer effektivt overflateareal. Diagnosen bekreftes ved profilering av rørveggtemperatur og en felle-bypass-test. Løsningen er økt dreneringskapasitet eller begrensning av maksimalt damptrykk.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerens ytelsesfeilsøking er tilgjengelig ved innsending av damptrykk, kondensatbelastning, fellespesifikasjoner, konfigurasjon av kondensatreturledning og observerte ytelsesdata.
