Underkjølingsbalansen
Kondensat etterlater en damp-oppvarmet PTFE-varmeveksler ved en temperatur under dampmetningstemperaturen. Denne temperaturforskjellen er underkjølingsgraden. Hvis kondensat slippes ut for varmt-med for lite underkjøling-blinker det til damp i den nedre-kondensatreturledningen. Flash-dampen representerer tapt energi som må erstattes av kjelen. Hvis kondensatet underkjøles for mye, blir kondensatledningen kald, og risikoen for vannslag fra kondenserende damplommer reduseres-men varmeveksleren kan fungere med oversvømmede rør, noe som reduserer det effektive overflatearealet.
Den optimale underkjølingsgraden balanserer disse konkurrerende faktorene. Den gir nok kjøling til å minimere tap av flashdamp samtidig som kondensattemperaturen opprettholdes høy nok til å sikre at varmevekslerrørene ikke oversvømmes med oppbacket-kondensat.
For PTFE varmevekslere skiller det optimale underkjøleområdet seg litt fra metalliske vekslere fordi PTFE-rør har lavere termisk masse og reagerer raskere på endringer i kondensatnivå.
Flash Steam-mekanismen
Kondensat ved metningstemperatur og trykk inneholder fornuftig varme ved metningsentalpien. Når dette kondensatet passerer gjennom dampfellen inn i en lavere-trykkreturledning, fører overflødig entalpi til at en del av kondensatet blinker til damp. Fraksjonen som blinker er: Flash-fraksjon=(hf1 - hf2) / hfg2, der hf1 er kondensatentalpien ved oppstrømstrykket, hf2 er kondensatentalpien ved nedstrømstrykket, og hfg2 er latent varme ved nedstrømstrykket.
For kondensat som slippes ut fra et 3 barg (143 grader) system til en atmosfærisk returledning (100 grader), er flashfraksjonen omtrent 10 %. Ett kilo kondensat produserer 0,1 kg flashdamp. Denne flash-dampen beveger seg nedover returledningen, og ventilerer ofte til atmosfæren ved kondensatmottakeren. Den tapte dampen må erstattes av ytterligere kjelefyring.
Underkjøling av kondensatet før det passerer gjennom fellen reduserer flashfraksjonen. Ved 10 graders underkjøling (utladning ved 133 grader i stedet for 143 grader), synker flashfraksjonen til omtrent 6 %. Ved 20 grader underkjøling faller den til 2 %.
Tabell 1: Flash-damp og underkjølingsforhold (3 barg damp, atmosfærisk kondensatretur)
| Kondensatutslippstemperatur (grad) | Underkjølingsgrad (grad) | Flash Steam-fraksjon (%) | Energitap (kW per 100 kW drift) | Vannhammerrisiko | Risiko for oversvømmelse av rør |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (mettet) | 0 | 10 | 3.5 | Høy (to-strøm i returledningen) | Ingen |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Moderat | Veldig lavt |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Lav | Lav |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Veldig lavt | Moderat |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Ingen | Høy (sannsynligvis oversvømte rør) |
PTFE-underkjølingskontrollmetoden
Underkjøling styres av kondensatdreneringsdesignet, ikke av en temperaturregulator. En riktig dimensjonert flottør-og-termostatisk dampfelle opprettholder en kondensatforsegling i avløpsledningen mens den slipper ut kondensat kontinuerlig. Forseglingen hindrer levende damp i å blåse gjennom fellen. Den kontinuerlige utslippet unngår de intermitterende sneglene som forårsaker vannslag.
Den naturlige underkjølingen som oppstår når kondensat renner gjennom PTFE varmevekslerrørene og kondensatsamlingen gir 5-10 graders underkjøling uten ekstra utstyr. PTFE-rørveggen på kondensatsiden er i kontakt med prosessvæsken, som har en lavere temperatur enn dampen. Når kondensat renner langs denne veggen, avkjøles det.
Hvis ytterligere underkjøling er ønskelig, gir en kort lengde med uoppvarmet kondensatrør mellom veksleren og fellen det. Røret fungerer som en varmeveksler mellom kondensatet og omgivelsesluften. For PTFE-systemer er dette sjelden nødvendig fordi den naturlige underkjølingen på 5-10 grader er nær det optimale.
Vannhammerforbindelsen
Vannslag i kondensatreturledninger er forårsaket av damplommer som kollapser. Når flashdamp og underkjølt kondensat eksisterer side om side i et rør, kollapser dampboblene raskt når de kondenserer. Den kollapsende boblen skaper et lokalisert vakuum som trekker omgivende væske innover. Påvirkningen av væskemassene skaper hammertrykkpulsen.
Eliminering av flash-damp ved å opprettholde 10-15 graders underkjøling eliminerer kilden til dampboblene. Kondensatreturledningen strømmer som en enfaset væske, som er lydløs og mekanisk godartet. Energitapet fra flashdamp reduseres med 50-65 % sammenlignet med mettet kondensatutslipp.
Sammendrag
Den optimale underkjølingsgraden for kondensat for PTFE varmevekslere er 10-15 grader. Dette reduserer flashdamptapet til 3,5-5,5 % av den totale dampstrømmen, sammenlignet med 10 % for mettet utslipp, samtidig som rørdrenering opprettholdes uten flom. Den naturlige underkjølingen som oppstår når kondensat renner gjennom PTFE-rørene og samlerøret gir det meste av denne underkjølingen uten ekstra utstyr.
Underkjøling på 10-15 grader eliminerer også vannslag ved å sikre enfase væskestrøm i kondensatreturledningen. Energibesparelsene fra redusert flash-damp, kombinert med redusert vedlikehold fra eliminering av vannslag, gir en rask avkastning på enhver investering i kondensatsystemoptimalisering.
Tekniske anbefalinger for PTFE-varmevekslerkondensatsystemdesign er tilgjengelige ved innsending av damptrykk, kondensatretursystemtrykk, varmebelastning og eventuelle observerte vannslag eller høye kondensattemperaturer.
