Steam Jet-problemet
Damp som kommer inn i et PTFE-varmevekslerhode gjør det som en-høyhastighetsstråle. Damptilførselsrøret, typisk 25-50 mm i diameter, fører mettet damp ved 20-40 m/s. Denne strålen kommer ut fra innløpsdysen og inn i samlerøret og treffer direkte på den motsatte samlerørsveggen. Slagsonen opplever det fulle dynamiske trykket til dampstrålen, pluss den erosive effekten av eventuelle medførte kondensatdråper som beveger seg med damphastighet.
Over tid kan denne støtet erodere PTFE-hodeveggen. Erosjonshastigheten avhenger av damphastigheten ved dyseutgangen, avstanden fra dysen til motsatt vegg og tilstedeværelsen av kondensatdråper. PTFE er mykere enn metaller og kan eroderes av damp med høy-hastighet som bærer vanndråper.
Innløpsdysediameteren må være dimensjonert for å begrense damphastigheten ved dyseutgangen til en verdi som forhindrer samlerørerosjon over utstyrets levetid.
Hastighetsgrensebestemmelsen
Det erosive potensialet til en dampstråle er en funksjon av det dynamiske trykket og dråpens slagenergi. For PTFE er den anbefalte maksimale damphastigheten ved samlerørets innløp 25-30 m/s for tørr mettet damp, og 15-20 m/s for damp med medført kondensat (våthetsfraksjon > 2%). Over disse hastighetene kan den kumulative erosjonen over utstyrets levetid gi uakseptabel veggfortynning ved støtsonen.
Damphastigheten ved dyseutgangen er: v=m / (ρ × A), der m er dampmassestrømningshastigheten, ρ er damptettheten ved tilførselstrykket, og A er dysens tverrsnittsareal-. For en gitt dampstrømningshastighet er hastigheten omvendt proporsjonal med kvadratet på dysediameteren. Dobling av dysediameteren reduserer hastigheten med en faktor på fire.
| Design parameter | Verdi |
|---|---|
| Damptilførselstrykk | 4 barg (5 bar absolutt) |
| Damptetthet ved 4 barg | 2,67 kg/m³ |
| Dampmassestrømningshastighet | 0,08 kg/s (50 kW driftsekvivalent) |
| Maksimal tillatt hastighet (tørrmettet) | 28 m/s |
| Beregnet minimum dyseareal | 0.08 / (2.67 × 28) = 1.07 × 10⁻³ m² |
| Beregnet minimum dysediameter | 37 mm |
| Spesifisert dysediameter (neste standardstørrelse opp) | 40 mm (DN40) |
Impingement Protection Design
Selv med en dyse med riktig størrelse, treffer dampstrålen den motsatte toppveggen. Toppdesignet bør inkludere en slitepute-en tykkere del av PTFE-ved støtsonen. Sliteputen absorberer støtenergien og kan skiftes ut under planlagt vedlikehold dersom det oppdages betydelig erosjon.
Alternativt kan en dampfordelingsskjerm-en perforert PTFE-plate-monteres inne i samlerøret, plassert mellom innløpsdysen og rørinngangene. Baffelen fanger opp dampstrålen, bryter den opp og fordeler strømmen jevnere til rørene. Baffelen beskytter også toppveggen mot direkte støt. Baffelen er en offerkomponent, som kan byttes ut til en lavere pris enn selve headeren.
Kondensatdråpeeffekten
Medførte kondensatdråper i dampen øker erosjonspotensialet dramatisk. Vanndråper har omtrent 800 ganger tettheten til damp og bærer tilsvarende mer kinetisk energi for samme hastighet. En dråpe som beveger seg med 30 m/s påvirker PTFE-overflaten med tilstrekkelig energi til å forårsake lokal plastisk deformasjon og eventuell materialfjerning.
For dampsystemer hvor tørrhetsfraksjonen er under 98 %, bør grensen for innløpshastighet reduseres til 15-20 m/s. En dampseparator installert oppstrøms for varmeveksleren fjerner medført kondensat og gjenoppretter den høyere hastighetsgrensen. Separatoren beskytter også dampfellen og reguleringsventilen mot erosjon.
Sammendrag
Dampinnløpsdysediameteren for en PTFE varmeveksler må være dimensjonert for å begrense damphastigheten ved samlerørinntaket til 25-30 m/s for tørr damp, eller 15-20 m/s for våt damp. For 50 kW bruk ved 4 barg anbefales en minimum dysediameter på 40 mm. En slitepute eller fordelingsplate beskytter toppveggen mot støt erosjon. En dampseparator oppstrøms for veksleren fjerner medført kondensat og tillater den høyere hastighetsgrensen.
Teknisk støtte for PTFE varmeveksler dampinntaksdesign er tilgjengelig ved innsending av damptrykk, varmebelastning, dampkvalitet (tørrhetsfraksjon) og toppdimensjoner.
