Проблемът с оразмеряването на заглавката
PTFE топлообменник с 60 тръби изисква колектори за разпределяне на пара към всички тръби и събиране на кондензат от всички тръби. Диаметърът на колектора влияе на три параметъра на ефективността: равномерността на разпределението на парата между тръбите, спада на налягането по колектора и способността на колектора за кондензат да се оттича без наводняване.
Твърде малък колектор има висока скорост на парата, което причинява спад на налягането по колектора и не-равномерен поток към тръбите на различни позиции. Колекторът за кондензат може да се наводни, ако неговата напречна-площ на сечението е недостатъчна за дву-фазния поток на кондензат и мигновена пара.
Твърде голям колектор е скъп, заема място и има голям вътрешен обем, който увеличава-времето за загряване и необходимата маса на PTFE.
Оптималният диаметър е най-малкият диаметър, който поддържа приемлива равномерност на потока и дренажен капацитет.
Изчисляване на диаметъра на колектора за пара
Парният колектор получава наситена пара при 4 barg (152 градуса насищане) и я разпределя към 60 тръби, всяка с 10 mm OD × 8 mm ID × 1,5 m дължина. Общата топлинна мощност е 60 kW. Общият масов поток на пара е: m=60 kW / 2,085 kJ/kg (латентна топлина при 4 barg)=0.0288 kg/s=104 kg/h.
Плътността на парата при 4 barg е 2,67 kg/m³. Обемният дебит е: V=0.0288 / 2.67=0.0108 m³/s.
Препоръчителната максимална скорост на парата в колектора е 25 m/s (за ограничаване на спада на налягането и ерозията). Минималната площ на напречното-сечение на колектора е: A=V / v=0.0108 / 25=0.00043 m²=430 mm². Минималният диаметър на колектора е: D=√(4A/π)=√(4 × 430 / 3,14)=23.4 mm.
За да се осигури запас за разпределение на потока, се препоръчва диаметър на колектора от 40 mm (DN40) -приблизително 1,7 пъти минималния. Това осигурява скорост на парата от приблизително 8,6 m/s при пълен поток, доста под границата на ерозия и с незначителен спад на налягането по колектора.
| Параметър за оразмеряване на заглавката | Steam Header | Колектор за кондензат |
|---|---|---|
| Проектно налягане | 4 бара | Атмосферно (0 barg) |
| Масов поток (kg/h) | 104 | 104 |
| Плътност на течността (kg/m³) | 2.67 (пара) | ~900 (кондензат) + флаш пара |
| Обемен дебит (m³/s) | 0.0108 | ~0,00003 (течност) + ~0,005 (флаш) |
| Минимален диаметър (изчислен) | 23 мм | ~20 mm (само течност; по-голям за дву-фаза) |
| Препоръчителен диаметър | 40 mm (DN40) | 32 mm (DN32) минимум; 40 мм за предпочитане |
| Скорост при препоръчителен диаметър | 8.6 m/s | Дву{0}}фазен; адекватен дренаж |
Специални изисквания към колектора за кондензат
Колекторът за кондензат трябва да поема дву{0}}фазен поток-течен кондензат плюс мигновена пара, генерирана, когато кондензатът намалява налягането през уловителя на пара. Фракцията на мигновената пара при 4 barg изпускане в атмосферата е приблизително 10% от масата, но много по-голяма от обема. Обемният поток на мигновена пара е: V_flash=0.1 × 104 kg/h × 1,69 m³/kg (специфичен обем пара при атмосферно налягане)=17.6 m³/h=0.0049 m³/s.
Колекторът за кондензат трябва да бъде оразмерен за този дву{0}}фазен поток без прекомерен спад на налягането или запушване. Препоръчва се минимален диаметър от 32 mm, с предпочитан 40 mm за надежден дренаж. Колекторът трябва да има непрекъснат наклон надолу към връзката на уловителя на пара при минимум 1:100.
Проверка на разпределението на потока
С 40 мм парен колектор и 60 тръби, разпределението на потока се проверява чрез изчисляване на спада на налягането от входа на колектора до най-отдалечената тръба. Спадът на налягането по протежение на колектора при 8,6 m/s скорост на парата е по-малък от 50 Pa по дължината на колектора-незначителен в сравнение със спад на налягането от страната на тръбата-от приблизително 5000-8000 Pa. Всички тръби получават по същество еднакво движещо налягане. Потокът е равномерен в рамките на 2-3%.
Резюме
Оптималният диаметър на колектора за 60-тръбен, 60 kW PTFE топлообменник при 4 barg пара е 40 mm (DN40) за колектора за пара и 32-40 mm за колектора за кондензат. Това осигурява равномерно разпределение на парата, адекватен дренаж на кондензата и скорости доста под границата на ерозия. Методът за оразмеряване може да се приложи към всякакъв брой тръби и налягане на парата чрез съответно мащабиране на масовия поток и обемния поток.
Инженерна поддръжка за оразмеряване на колектора на PTFE топлообменник е достъпна при подаване на брой и размери на тръбите, налягане на парата, топлинна мощност и конфигурация на колектора.
