Изборът на конфигурация на потока
PTFE кожух-и-тръбен топлообменник в контур с принудителна циркулация може да бъде разположен в насрещен-поток (технологичният флуид и парата текат в противоположни посоки) или паралелен-поток (и двата текат в една и съща посока). Конфигурацията влияе върху логаритмичната средна температурна разлика, температурния профил по протежение на топлообменника и максималната температура на стената на тръбата.
За повечето отоплителни приложения се предпочита насрещен поток, тъй като осигурява по-висока LMTD за същите температури на входа и изхода. Процесният флуид излиза при температура, близка до температурата на входа на парата, което увеличава максимално възстановяването на топлината. Въпреки това паралелният-поток има предимства, когато има нужда да се ограничи максималната температура на стената на тръбата-най-горещият технологичен флуид контактува с най-горещата пара в същия край, така че температурата на стената е по-равномерна по дължината на тръбата.
За тефлонови топлообменници, където максималната температура на стената е проблем за живота при пълзене, изборът между насрещен-поток и паралелен-поток включва компромис-между топлинна ефективност и механична дълготрайност.
Сравнението на LMTD
LMTD за насрещен -поток е: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), където ΔT1 е температурната разлика в единия край (вход за пара - изход от процеса), а ΔT2 е разликата в другия край (изход за пара - вход от процеса).
За паралелен-поток: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), където ΔT1 е разликата в края на входа (вход на пара - вход на процеса) и ΔT2 е разликата в края на изхода (изход на пара - изход на процеса).
За технологичен флуид, нагрят от 20 градуса до 60 градуса с помощта на 3 barg наситена пара при 143 градуса, LMTD за насрещен -поток е приблизително 101 градуса. За паралелен-поток той е приблизително 96 градуса. Разликата от 5% означава, че обменникът на обратен поток изисква 5% по-малко повърхност за същото натоварване-скромно, но реално предимство.
| Параметър | Насрещен-поток | Паралелен-поток |
|---|---|---|
| Входяща температура на процеса | 20 градуса | 20 градуса |
| Температура на изхода на процеса | 60 градуса | 60 градуса |
| Температура на парата (постоянна) | 143 градуса | 143 градуса |
| LMTD | 101 градуса | 96 градуса |
| Относителна повърхност за същото натоварване | 0,95 (по-малък) | 1,00 (базова линия) |
| Максимална температура на стената на тръбата | 143 градуса в края на изхода на процеса | 143 градуса в края на входа на процеса |
| Равномерност на температурата на стената | Варира по дължината на тръбата | По-униформен |
Съображение за температурата на стената за PTFE
В обменник на противопоток, стената на тръбата е най-гореща в края на изхода на процеса, където парата от 143 градуса влиза в контакт с флуида от процеса от 60 градуса. Местната температура на стената се доближава до 140 градуса, предизвиквайки пълзене с висока скорост в тази част на тръбата.
В обменник с паралелен-поток, 143-градусовата пара контактува с 20-градусовата входяща технологична течност във входния край. Голямата температурна разлика води до висок топлинен поток, но температурата на стената всъщност е по-ниска, отколкото в случай на насрещен-поток, тъй като студената технологична течност охлажда стената на тръбата по-ефективно. Температурата на стената е по-равномерна по дължината на тръбата-както парата, така и технологичният флуид се охлаждат заедно, докато преминават през топлообменника.
За PTFE тръби, работещи близо до тяхната температурна граница, паралелният-поток може да осигури умерено намаляване на максималната температура на стената, удължавайки живота при пълзене. Ползата е малка за повечето приложения-намаляване на температурата на стената с 5-10 градуса, но за топлообменници, работещи в горния край на температурния диапазон на PTFE (над 150 градуса), намалението може да бъде значително за експлоатационния живот.
Препоръката
За повечето приложения на PTFE топлообменник препоръчителната конфигурация е насрещен{0}}поток. Предимството от 5% повърхностна площ намалява размера и цената на обменника. Температурната разлика на стената между двете конфигурации е малка при типични работни температури (под 150 градуса).
За приложения с температура на парата над 150 градуса, където дълготрайността при пълзене е основно ограничение при проектирането, трябва да се има предвид паралелен-поток. По-равномерната температура на стената намалява пиковата скорост на пълзене в най-горещата част на тръбата, удължавайки общия експлоатационен живот. Скромното увеличение на необходимата повърхност е оправдано от по-дългото време между смените на тръбите.
Резюме
Конфигурацията на насрещен-поток осигурява 5% по-висока LMTD и изисква по-малко повърхностна площ от паралелния-поток за същата мощност на отопление. Това е предпочитаният избор за повечето приложения на PTFE топлообменник. Паралелният-поток предлага малко намаление на максималната температура на стената на тръбата, което може да удължи живота на пълзене за топлообменници, работещи при температура на парата над 150 градуса. Изборът балансира топлинната ефективност срещу механичната дълготрайност.
Инженерна поддръжка за избор на конфигурация на потока на PTFE топлообменник е достъпна при подаване на температури на технологичния флуид, налягане на парата и необходимия експлоатационен живот.
