Paradoks
PTFE izmjenjivač topline veličine 60 kW pri tlaku pare od 4 bara ne održava zadanu temperaturu procesa kada radi na 4 bara. Ventil za paru se potpuno otvara. Temperatura kupatila pada ispod cilja. Ipak, kada operater smanji pritisak pare na 2 bara, izmjenjivač odjednom radi bolje-temperatura kupke raste i stabilizuje se blizu zadane vrijednosti. Izmjenjivač daje više topline pri nižem pritisku pare. Ovo je kontra{10}}intuitivno.
Uzrok je izlijevanje kondenzata pri višem pritisku. Na 4 bara, temperatura pare je 152 stepena, a brzina prenosa toplote po jedinici površine je visoka. Stopa stvaranja kondenzata je shodno tome visoka. Sistem za odvod kondenzata-odvod pare i povratni cjevovod-ne može podnijeti vršno opterećenje kondenzata na 4 bara. Kondenzat se vraća u cijevi, preplavljujući donji dio. Potopljene cijevi ne doprinose prijenosu topline. Efektivna površina je smanjena. Izmjenjivač ne može ispuniti svoju nominalnu dužnost.
Na 2 bara, temperatura pare je 133 stepena. Brzina prijenosa topline je niža, a brzina stvaranja kondenzata je niža. Sistem odvodnje može podnijeti smanjeno opterećenje. Ne dolazi do poplave. Sve cijevi doprinose prijenosu topline. Efektivna površina je veća od 4 bara (gdje je poplava uklonila dio površine). Ukupni toplinski učinak je veći pri nižem pritisku uprkos nižem LMTD.
Proračun opterećenja kondenzata
Brzina stvaranja kondenzata je: m_cond=Q / h_fg, gdje je Q toplinska obaveza, a h_fg latentna toplina pare. Na 4 bara, h_fg je približno 2.100 kJ/kg. Na 2 bara, to je otprilike 2.160 kJ/kg. Latentna toplota je skoro konstantna, tako da je maseni protok kondenzata direktno proporcionalan toplotnom zadatku.
Ako izmjenjivač na 4 bara pokuša isporučiti 60 kW, opterećenje kondenzatom je 60/2,100=0.0286 kg/s=103 kg/h. Na 2 bara, za smanjenu snagu od 45 kW (ograničeno nižim LMTD), opterećenje je 45/2,160=0.0208 kg/s=75 kg/h-smanjenje od 27%.
Odvod pare i povratni vod kondenzata moraju biti dimenzionirani za vršno opterećenje kondenzata. Ako je zamka odabrana na osnovu normalnog radnog stanja na 2-3 bara, može biti manja za slučaj od 4 bara gdje je opterećenje kondenzatom veće. Kapacitet sifona pri radnom diferencijalnom pritisku (pritisak pare minus pritisak povratnog voda) određuje da li može da izdrži opterećenje.
| Pritisak pare | Heat Duty | Opterećenje kondenzata | Kapacitet zamke (primjer: DN15 F&T) | Poplava? |
|---|---|---|---|---|
| 2 barg | 45 kW | 75 kg/h | 120 kg/h na 1,5 bara ΔP | br |
| 3 barg | 53 kW | 89 kg/h | 140 kg/h na 2,5 bara ΔP | br |
| 4 barg | 60 kW | 103 kg/h | 100 kg/h pri 3,5 bara ΔP (smanjen kapacitet zbog isparenja) | Da |
Dijagnostička potvrda
Dijagnoza poplave potvrđuje se mjerenjem profila temperature zida cijevi. Ako su donji dijelovi cijevi hladni (blizu temperature procesa), kondenzat preplavljuje te dijelove. Mjerenje se može obaviti infracrvenim termometrom ili kontaktnim termoelementom na pristupačnim mjestima na snopu cijevi.
Druga potvrda je privremeno povećanje kapaciteta odvodnje kondenzata. Kratko otvaranje bajpasa za paru (ako je bajpas instaliran) ili povećanje odzračivanja povratnog voda kondenzata može privremeno ukloniti poplavu i vratiti toplinski učinak na 4 bara. Ako ovaj test vrati performanse, sistem za odvodnjavanje je poddimenzioniran.
The Corrective Action
Trajno rješenje je povećanje kapaciteta odvodnje kondenzata. Opcije uključuju: ugradnju većeg sifona za paru, paralelno dodavanje drugog sifona, povećanje promjera povratnog voda kondenzata, smanjenje povratnog tlaka u povratnom vodu kondenzata (poboljšanjem odzračivanja ili ugradnjom pumpe za kondenzat) ili ponovno-pomeranje kolektora kondenzata kako bi se poboljšala drenaža.
Ako povećanje kapaciteta drenaže nije izvodljivo, pritisak pare se može ograničiti na maksimum koji drenažni sistem može podnijeti bez poplave. Ventil za ograničenje{1}}pritiska ili ograničenje zadane vrijednosti kontrolnog sistema sprječava rad pri pritiscima koji uzrokuju poplave.
Rezime
PTFE izmjenjivač topline koji radi bolje pri niskom tlaku pare nego pri projektovanom tlaku doživljava poplavu kondenzata pri višem tlaku. Brzina stvaranja kondenzata premašuje kapacitet drenažnog sistema, plaveći donje dijelove cijevi i smanjujući efektivnu površinu. Dijagnoza se potvrđuje profiliranjem temperature stijenke cijevi i testom premosnice zamke. Rješenje je povećanje kapaciteta drenaže ili ograničavanje maksimalnog tlaka pare.
Inženjerska podrška za rješavanje problema s performansama PTFE izmjenjivača topline dostupna je nakon podnošenja tlaka pare, opterećenja kondenzata, specifikacija sifona, konfiguracije povratnog voda kondenzata i uočenih podataka o performansama.
