Tetthetsspørsmålet
En PTFE-varmeveksler installert på gulvet i en urørt prosesstank er avhengig av naturlig konveksjon-den oppdriftsdrevne-strømmen som skapes av de oppvarmede rørene selv-for å sirkulere prosessvæsken. Rørtettheten-antall rør per kvadratmeter av tankgulvet-avgjør både den totale varmeoverføringsoverflaten og styrken til de naturlige konveksjonsstrømmene.
For få rør, og det totale overflatearealet er utilstrekkelig for varmebelastningen. For mange rør pakket for tett, og mellomrommene mellom rørene blir kvalt. De flytende plymene fra tilstøtende rør smelter sammen til en enkelt, treg søyle. Kjølig væske kan ikke strømme inn fra sidene for å erstatte den stigende oppvarmede væsken. Den naturlige konveksjonen stopper opp, og varmeoverføringskoeffisienten synker dramatisk.
Den optimale rørtettheten maksimerer produktet av overflatearealet og den naturlige konveksjonsvarmeoverføringskoeffisienten -den totale varmeeffekten per kvadratmeter av tankgulvet.
The Plume Interaction Physics
Hvert oppvarmet horisontalt rør skaper en stigende plum av varm væske. Plymen er omtrent like bred som rørdiameteren ved røroverflaten og utvider seg når den stiger. Tilstøtende rør skaper tilstøtende plumer. Hvis rørene er plassert for tett, smelter pjærene umiddelbart over rørene. Den sammenslåtte fjæren har en høyere gjennomsnittstemperatur og lavere hastighet enn de enkelte fjærene ville ha. Den lavere hastigheten reduserer varmeoverføringskoeffisienten.
Hvis rørene har stor avstand, forblir fjærene atskilte. Kjølig væske kan strømme nedover mellom skyene for å erstatte den stigende væsken. Sirkulasjonen er kraftig. Varmeoverføringskoeffisienten er høy. Men det totale overflatearealet er begrenset av den store avstanden.
Den optimale avstanden er den nærmeste avstanden som fortsatt tillater individuell plymutvikling og retur av kjølig væske mellom skyer. Dette er ca. 2,5-3,5 rørdiameter senter-til senter for horisontale rør i vann ved typiske prosesstemperaturer.
| Røravstand (× Rør OD) | Rør per m² (10 mm OD) | Overflate per m² (m²) | Relativ varmeoverføringskoeffisient | Relativ varmeeffekt per m² |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 4,444 | 1.40 | 0.55 | 0.77 |
| 2.0 | 2,500 | 0.79 | 0.72 | 0.57 |
| 2.5 | 1,600 | 0.50 | 0.85 | 0.43 |
| 3.0 | 1,111 | 0.35 | 0.93 | 0.33 |
| 3.5 | 816 | 0.26 | 0.97 | 0.25 |
| 4.0 | 625 | 0.20 | 1.00 | 0.20 |
Grunnlinje: isolert rør med 4,0× avstand. Rør OD=10mm.
Anbefalingen om optimal tetthet
Den maksimale varmeeffekten per kvadratmeter av tankgulvet skjer ved omtrent 2,0-2,5 rørdiametre avstand- med en rørtetthet på 1600-2500 rør per kvadratmeter. Denne avstanden gir den beste avveiningen mellom overflateareal og konveksjonskoeffisient for de fleste prosessapplikasjoner.
For tanker hvor varmebelastningen er den primære begrensningen og tankens gulvplass er begrenset, gir den tettere avstanden (2,0× rør OD) mer varmeeffekt per arealenhet. For tanker hvor energieffektivitet er prioritet og gulvplass er tilgjengelig, gir den bredere avstanden (2,5-3,0× rør OD) en høyere varmeoverføringskoeffisient og lavere dampforbruk for samme varmebelastning.
Den vertikale avstandseffekten
Hvis rørbunten har flere rader stablet vertikalt, påvirker den vertikale avstanden mellom radene konveksjonen annerledes enn den horisontale avstanden. Rør i øverste rader sitter i plymene til rørene under dem. Den vertikale avstanden må være tilstrekkelig til at skyen blander seg med kjøligere omgivelsesvæske og mister noe av temperaturøkningen før den når neste rad.
Den anbefalte vertikale avstanden er 3,0-4,0 rørdiametere senter-til senter. Dette gjør at skyen fra et nedre rør kan trekke med seg nok kjølig væske til at det øvre røret fortsatt har en nyttig temperaturforskjell for varmeoverføring.
Sammendrag
Den optimale rørtettheten for en gulv-montert PTFE-varmeveksler i naturlig konveksjon er 1600-2500 rør per kvadratmeter, tilsvarende en røravstand på 2,0-2,5 rørdiametre. Denne avstanden balanserer de konkurrerende kravene til overflateareal og konveksjonskoeffisient for å maksimere total varmeeffekt. Vertikale rader bør ha en avstand på 3,0-4,0 diametre. Strammere mellomrom struper konveksjonen; større avstand sløser med gulvareal.
Teknisk støtte for tetthetsoptimalisering av PTFE-varmevekslerrør er tilgjengelig ved innsending av tankdimensjoner, varmebelastning, prosessvæskeegenskaper og omrøringsstatus.
