Компромисът{0}}с дължина на тръбата
По-дългите тръби в еднопроходен PTFE топлообменник осигуряват повече повърхностна площ на тръба, намалявайки броя на необходимите тръби и опростявайки дизайна на колектора. Но по-дългите тръби също увеличават спада на налягането на парата от входа до изхода. Налягането в края на кондензата на тръбата е по-ниско, отколкото на входа на парата. Тъй като температурата на насищане на парата намалява с налягането, движещата сила на ефективната температура за пренос на топлина намалява по дължината на тръбата.
Връзката между дължината на тръбата и спада на налягането определя практическата максимална дължина за едно-проектиране. Отвъд тази дължина загубата на температура на насищане в изходния край намалява преноса на топлина в долната част на тръбата до неприемливо ниво.
Изчисляване на спада на налягането
Падът на налягането на парата в права PTFE тръба се изчислява от уравнението на Дарси-Weisbach: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), където f е факторът на триене на Дарси, L е дължината на тръбата, D е вътрешният диаметър на тръбата, ρ е плътността на парата и v е скоростта на парата.
За потока на пара в гладки PTFE тръби факторът на триене зависи от числото на Рейнолдс. При типични скорости на парата от 5-20 m/s в тръби с вътрешен диаметър 6-10 mm числото на Рейнолдс е 5 000-50 000 в турбулентен режим. Коефициентът на триене за гладки тръби е приблизително 0,02-0,03.
Тъй като парата кондензира по дължината на тръбата, скоростта на парата намалява. Спадът на налягането не е линеен с дължина-участъкът нагоре по течението, с по-висока скорост, има по-голям спад на налягането на метър, отколкото участъкът надолу по течението.
| Дължина на тръбата (m) | Входящо налягане (barg) | Изходящо налягане (barg) | Пад на налягането (бар) | Температура на насищане на изхода (градус) | LMTD загуба (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 3.0 | 2.96 | 0.04 | 142.5 | 0.5 |
| 2.0 | 3.0 | 2.91 | 0.09 | 141.8 | 1.2 |
| 3.0 | 3.0 | 2.85 | 0.15 | 140.8 | 2.2 |
| 5.0 | 3.0 | 2.70 | 0.30 | 138.5 | 4.8 |
| 8.0 | 3.0 | 2.45 | 0.55 | 135.0 | 9.5 |
Изчислено за 10 mm OD × 8 mm ID PTFE тръба, масов поток на пара 1,5 kg/h на тръба, входно налягане 3 barg.
Ефективната температурна разлика
Намаляването на температурата на насищане по дължината на тръбата намалява локалния LMTD в края на изхода. Ако технологичният флуид е на 60 градуса, LMTD на входа на тръбата (143 градуса пара) е приблизително 83 градуса. На изхода на тръбата със спад на налягането от 0,15 бара (2,0 м тръба), температурата на парата е 140,8 градуса, а LMTD е приблизително 80,8 градуса -2,6% намаление.
Средната LMTD по дължината на тръбата се използва за изчисления на топлопреминаването. За 2,0 m тръба средният LMTD е приблизително 82 градуса. За 5,0 m тръба със спад на налягането от 0,30 бара, средният LMTD пада до приблизително 79 градуса -5% намаление спрямо случая с 2,0 m.
Загубата на LMTD означава, че по-дългата тръба осигурява по-малко пренос на топлина на единица дължина от по-късата тръба. Общият пренос на топлина се увеличава с дължината, но с намаляваща възвръщаемост.
Практическата максимална дължина на тръбата
Практическата максимална дължина на тръбата за еднопроходен-PTFE топлообменник е приблизително 3-4 метра. Над тази дължина наказанието за спадане на налягането-както загубата на LMTD, така и повишеното противоналягане върху парния уловител компенсират допълнителната повърхност. За приложения, изискващи по-голяма повърхност, се предпочитат няколко паралелни по-къси тръби пред по-малко по-дълги тръби.
За вертикални-проекти с едно преминаване, където кондензатът се оттича чрез гравитация и потокът-кондензат на пара е съ-текущ надолу, може да са приемливи дължини на тръбите до 5 метра, тъй като гравитацията подпомага дренажа и намалява свързания с кондензат-компонент на падане на налягането.
Резюме
Спадът на налягането на парата в еднопроходна PTFE топлообменна тръба се увеличава с дължината на тръбата, намалявайки температурата на насищане на изхода и ефективното LMTD. Практическата максимална дължина на тръбата е 3 - 4 метра за хоризонтални тръби и до 5 метра за вертикални конструкции със съпътстващ поток надолу. Отвъд тези дължини, намаляващото връщане на топлина при пренос и увеличеното противоналягане върху кондензната система благоприятстват множество по-къси тръби в паралел.
Инженерна поддръжка за оптимизиране на дължината на тръбата на PTFE топлообменник е достъпна при подаване на налягане на парата, топлинна мощност, размери на тръбата и температура на технологичния флуид.
