Problem daljinske instalacije
Prostorna ograničenja ponekad prisiljavaju instalaciju PTFE izmjenjivača topline dalje od procesnog spremnika. Izmjenjivač se nalazi na mezaninu, u susjednoj prostoriji ili izvan zgrade. Interkonektivni cevovod prenosi zagrejani procesni fluid iz izmenjivača u rezervoar i vraća ohlađeni fluid radi ponovnog zagrevanja.
Svaki metar spojne cijevi gubi toplinu u okolinu. Zagrijana otopina koja napušta PTFE izmjenjivač na 65 stepeni može doći u rezervoar na 58 stepeni. Pad temperature predstavlja izgubljeni kapacitet grijanja. Izmjenjivač mora raditi više da bi kompenzirao, povećavajući potrošnju pare i potencijalno prekoračujući svoj projektni zadatak.
Pitanje za projektanta: koliki je kapacitet izgubljen i na kojoj dužini cijevi daljinska instalacija postaje neekonomična?
Mehanizam gubitka toplote
Gubitak topline iz međusobno povezanih cijevi slijedi Newtonov zakon hlađenja. Brzina gubitka toplote zavisi od temperaturne razlike između fluida i okolnog vazduha, površine cevi i ukupnog koeficijenta prenosa toplote od fluida do ambijenta.
Neizolovani metalni cjevovodi brzo gube toplinu. Cijev prečnika 50 mm koja nosi rješenje na 65 stupnjeva kroz 20 stupnjeva okoline gubi otprilike 150-250 W po linearnom metru. Na trčanju od 20 metara, gubitak je 3-5 kW. Za sistem grijanja od 30 kW, ovo predstavlja smanjenje kapaciteta od 10-17%.
Izolirani cjevovodi značajno smanjuju gubitke. Pravilno određena mineralna vuna ili pjenasta izolacija debljine 25-50mm smanjuje gubitak topline na 20-40 W po metru. Na istom trčanju od 20 metara gubi se samo 0,4-0,8 kW - upravljivih 1-3% kapaciteta sistema.
Tabela 1: Gubitak topline iz međusobno povezanih cjevovoda (50 mm cijevi, 65 stupnjeva tekućine, 20 stupnjeva ambijenta)
| Stanje izolacije | Gubitak topline po metru (W/m) | Gubitak trčanja 10m (kW) | Gubitak trčanja 20m (kW) | Efektivni gubitak kapaciteta (30 kW sistem) |
|---|---|---|---|---|
| Neizolovana čelična cijev | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| Neizolovana PTFE cijev | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| Izolacija od mineralne vune 25mm | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| Izolacija od mineralne vune 50mm | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| Pred{0}}izolovana (pjena{1}}punjena) cijev | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
Vrijednosti gubitka topline su približne za horizontalnu cijev u mirnom zraku. Stvarni gubici zavise od brzine vjetra, nosača cijevi i integriteta izolacije.
Razmatranja o PTFE cijevima
PTFE cevovod za međusobno povezivanje ima nižu toplotnu provodljivost od metala, pružajući skromnu inherentnu izolaciju. Gubitak topline iz neizolirane PTFE cijevi je oko 20% manji nego kod ekvivalentne čelične cijevi. Ova mala prednost ne eliminiše potrebu za izolacijom na dužim stazama.
PTFE cijevi imaju visok koeficijent toplinske ekspanzije. Duge ravne staze zahtijevaju ekspanzijske petlje ili mehove kako bi se spriječilo prekomjerno naprezanje na fiksnim točkama. Prostori za proširenje moraju biti integrisani sa izolacionim sistemom kako bi se izbeglo stvaranje neizolovanih delova na dilatacionim spojevima.
Razmak nosača za PTFE cijev je manji nego za čelik zbog manje krutosti. Nosači stvaraju toplinske mostove kroz izolaciju. Svaki nosač treba da sadrži izolacionu podlogu između cijevi i potporne obujmice kako bi se minimizirao lokalizirani gubitak topline.
Smjernice za dizajn za udaljene instalacije
Prvo smanjite dužinu cijevi. Postavite PTFE izmjenjivač topline što bliže spremniku koliko to fizička ograničenja dozvoljavaju. Svaki ušteđeni metar smanjuje gubitak topline i kapitalne troškove za cijevi i izolaciju.
Temeljno izolirati. Svi topli spojni cjevovodi, uključujući fitinge, prirubnice i ventile, trebaju biti izolirani. Izolacijski jastučići koji se mogu ukloniti omogućavaju pristup prirubnicama i ventilima bez trajnog gubitka topline.
Dimenzionirajte izmjenjivač s izračunatim gubitkom topline uključenim u projektnu dužnost. Procesno opterećenje od 30 kW sa gubitkom u cijevima od 2 kW zahtijeva izmjenjivač od 32 kW, a ne 30 kW. Inkrementalni trošak je mali u poređenju sa otkrivanjem slabih performansi nakon instalacije.
Uzmite u obzir protok pumpane recirkulacije. Veći protok neznatno povećava gubitak toplote po metru, ali smanjuje pad temperature po prolazu. Neto učinak na isporučenu temperaturu ovisi o specifičnoj konfiguraciji cijevi.
Rezime
Instalacije udaljenih PTFE izmjenjivača topline gube kapacitet grijanja zbog gubitka topline u međusobnom povezivanju cjevovoda. Neizolovani cjevovodi na dužini od 10 metara mogu izgubiti preko 10% kapaciteta sistema. Pravilna izolacija smanjuje gubitke na 1-3%.
Smjernice za projektovanje daju prioritet minimiziranju dužine cijevi, izolaciji svih vrućih površina i uključivanju izračunatih gubitaka u dimenzioniranju izmjenjivača. Niža toplotna provodljivost PTFE cijevi pruža malu inherentnu prednost, ali ne zamjenjuje izolaciju.
Inženjerska analiza za daljinski dizajn PTFE izmjenjivača topline dostupna je nakon podnošenja rasporeda cijevi, materijala i promjera cijevi, temperature fluida, uslova okoline i dostupnih specifikacija izolacije.
