Problemet med størrelse på topptekst
En PTFE varmeveksler med 60 rør krever samlerør for å distribuere damp til alle rør og samle opp kondensat fra alle rør. Toppdekseldiameteren påvirker tre ytelsesparametere: ensartet dampfordeling mellom rørene, trykkfallet langs samlerøret og kondensatrørets evne til å drenere uten å oversvømmes.
Et samlerør som er for lite har høy damphastighet, noe som forårsaker trykkfall langs samlerøret og ujevn strømning til rør i forskjellige posisjoner. Kondensathodet kan flomme hvis tverrsnittsarealet er utilstrekkelig for to-strømmen av kondensat og flashdamp.
En overskrift som er for stor er dyr, tar opp plass og har et stort internt volum som øker oppvarmingstiden- og massen av PTFE som kreves.
Den optimale diameteren er den minste diameteren som opprettholder akseptabel strømningsuniformitet og dreneringskapasitet.
Diameterberegning av damphodehodet
Dampsamleren mottar mettet damp ved 4 barg (152 graders metning) og distribuerer den til 60 rør, hver 10 mm OD × 8 mm ID × 1,5 m lang. Total varmebelastning er 60 kW. Den totale dampmassestrømmen er: m=60 kW / 2085 kJ/kg (latent varme ved 4 barg)=0.0288 kg/s=104 kg/t.
Damptettheten ved 4 barg er 2,67 kg/m³. Den volumetriske strømmen er: V=0.0288 / 2.67=0.0108 m³/s.
Anbefalt maksimal damphastighet i samlerøret er 25 m/s (for å begrense trykkfall og erosjon). Minste tverrsnittsareal for topptekst- er: A=V / v=0.0108 / 25=0.00043 m²=430 mm². Minste topphodediameter er: D=√(4A/π)=√(4 × 430 / 3,14)=23.4mm.
For å gi en margin for strømningsfordeling, anbefales en toppingsdiameter på 40 mm (DN40) -omtrent 1,7× minimum. Dette gir en damphastighet på ca. 8,6 m/s ved full strøm, godt under erosjonsgrensen og med ubetydelig trykkfall langs samlerøret.
| Overskriftsstørrelsesparameter | Steam Header | Kondensathode |
|---|---|---|
| Designtrykk | 4 barg | Atmosfærisk (0 barg) |
| Massestrøm (kg/t) | 104 | 104 |
| Væsketetthet (kg/m³) | 2,67 (damp) | ~900 (kondensat) + flash damp |
| Volumetrisk strømning (m³/s) | 0.0108 | ~0,00003 (væske) + ~0,005 (flash) |
| Minimum diameter (beregnet) | 23 mm | ~20 mm (kun væske; større for to-fase) |
| Anbefalt diameter | 40 mm (DN40) | 32 mm (DN32) minimum; 40 mm foretrekkes |
| Hastighet ved anbefalt diameter | 8.6 m/s | To-fase; tilstrekkelig drenering |
Spesielle krav til kondensathodet
Kondensathodet må håndtere to-flytende-flytende kondensat pluss hurtigdamp som genereres når kondensatet reduseres gjennom dampfellen. Flash-dampfraksjonen ved 4 barg utslipp til atmosfærisk er omtrent 10 % av massen, men mye større i volum. Den volumetriske strømmen av flashdamp er: V_flash=0.1 × 104 kg/h × 1,69 m³/kg (spesifikt volum av damp ved atmosfærisk trykk)=17.6 m³/h=0.0049 m³/s.
Kondensatoppsamlingsrøret må være dimensjonert for denne tofasestrømmen uten for stort trykkfall eller tilstopping. En minimumsdiameter på 32 mm anbefales, med 40 mm foretrukket for pålitelig drenering. Toppen må skrå kontinuerlig nedover mot dampfelleforbindelsen på minimum 1:100.
Verifikasjon av flytdistribusjon
Med et 40 mm damprør og 60 rør, verifiseres strømningsfordelingen ved å beregne trykkfallet fra samlerørets innløp til det fjerneste røret. Trykkfallet langs samlerøret ved 8,6 m/s damphastighet er mindre enn 50 Pa over samlerørlengden -ubetydelig sammenlignet med trykkfallet på rørsiden- på omtrent 5 000-8 000 Pa. Alle rør mottar i hovedsak det samme drivtrykket. Strømmen er jevn innen 2-3%.
Sammendrag
Den optimale samlerørdiameteren for en 60-rørs, 60 kW PTFE-varmeveksler ved 4 barg damp er 40 mm (DN40) for damphodet og 32-40 mm for kondensatbeholderen. Dette gir jevn dampfordeling, tilstrekkelig kondensatdrenering og hastigheter godt under erosjonsgrensen. Dimensjoneringsmetoden kan brukes på alle rørteller og damptrykk ved å skalere massestrømmen og volumetrisk strømning tilsvarende.
Teknisk støtte for dimensjonering av PTFE-varmevekslerhodet er tilgjengelig ved innsending av rørtall og dimensjoner, damptrykk, varmebelastning og samlerørkonfigurasjon.
