Problem kratkog{0}}spoja
Spremnik za oblaganje sa PTFE rešetkom izmjenjivača topline na podu pokazuje zagonetan temperaturni obrazac. Kupka u blizini zavojnice brzo dostiže zadatu vrijednost. Kupatilo na drugom kraju rezervoara zaostaje za 6 stepeni. Povećanje pritiska pare ne zatvara prazninu-bliza-zona se jednostavno pregrijava dok dalja zona ostaje hladna.
Problem nije u nedostatku toplote. To je nepravilna distribucija protoka. Prirodne konvekcijske struje koje se dižu iz zagrijanog namotaja stvaraju obrazac cirkulacije koji dovodi do kratkih-spojeva. Topla otopina se diže iz zavojnice, putuje po površini, lagano se hladi i spušta se. Ali umjesto da se ravnomjerno spušta po rezervoaru, ohlađena otopina pronalazi put sa niskim-otporom nazad do zavojnice, zaobilazeći u potpunosti dalji kraj rezervoara.
PTFE zavojnica zagrijava istu otopinu više puta dok dalja zona stagnira. Ovaj obilazni tok smanjuje efektivni kapacitet grijanja sistema i stvara trajnu temperaturnu neujednačenost-koju ne može ispraviti nikakav pritisak pare.
Mehanizam zaobilaznog protoka
Premosni tok nastaje kada cirkulirajuća otopina pronađe željeni put koji ga vraća do izvora topline bez prolaska cijele zapremine rezervoara. Nekoliko faktora stvara ove preferirane puteve.
Postavljanje zavojnice preblizu zidu rezervoara stvara uski kanal između zavojnice i zida. Topli rastvor koji se diže uvlači tečnost kroz ovaj procep. Tečnost kratki-spoji iz hladne zone, duž dna rezervoara, kroz zidni otvor i nazad na površinu bez miješanja sa zapreminom daleke-zone.
Nepotpuna pokrivenost kotura dna rezervoara ostavlja negrijane dijelove. Rješenje koje se spušta u ovim negrijanim dijelovima ne nailazi na termalni oblak koji bi ga nosio prema gore. Ostaje na dnu, teče polako prema zavojnici putem najmanjeg otpora.
Nepravilna geometrija zavojnice-neke oblasti sa gustim cijevima, druge rijetke-stvaraju neujednačenu gustinu grijanja. Gusta područja stvaraju jače termalne talase, privlačeći veći protok. Rijetka područja manje doprinose cirkulaciji, stvarajući mrtve zone.
Tabela 1: Dijagnostički indikatori prekomjernog obilaznog protoka u instalacijama PTFE izmjenjivača topline
| Indikator | Measurement Method | Normalno stanje | Indikacija zaobilaznog protoka |
|---|---|---|---|
| Stalna temperaturna razlika u rezervoaru | Termoparovi na više lokacija | < 2°C variation | >Varijacija od 4 stepena ne reaguje na povećanje pare |
| Brza reakcija temperature blizu{0}}zavojnice na promjenu pare | Vrijeme odziva na podešavanje parnog ventila | Jedinstven odgovor u rezervoaru | Blizu{0}}zavojnice odgovara za 2-3 minute; udaljena zona traje 15+ minuta |
| Posmatranje obrasca površinskog toka | Injekcija boje ili plutajući trag | Ravnomerno kretanje površine prema udaljenom kraju | Vidljivi kratko{0}}tok koji se vraća u blizini zavojnice |
| Vertikalni temperaturni profil na krajnjem kraju | Termopar na površini, srednja{0}}dubina, pod | < 2°C stratification | >stratifikacija od 5 stepeni (topla površina, hladan pod) |
| Stopa kondenzata u zavojnici u odnosu na{1}}proračun zagrijavanja rezervoara | Mjerač protoka pare u odnosu na izračunato toplinsko opterećenje | Izmjerena podudaranja izračunata | Izmjereno premašuje izračunato (ponovno zagrijavanje iste otopine) |
Kvantifikacija zaobilazne frakcije
Premosni udio-procenat cirkulirajućeg protoka koji se vraća u kalem bez miješanja sa-volumenom zone-može se procijeniti iz mjerenja temperature.
Unos topline zavojnice poznat je iz brzine kondenzata pare. Zapremina rezervoara i izmjerena brzina porasta temperature daju efektivnu masu koja se zagrijava. Ako je efektivna masa znatno manja od ukupne mase rezervoara, razlika je premošćeni volumen.
Na primjer, rezervoar od 10.000 litara sa toplotnim unosom od 80 kW trebao bi porasti za približno 0,5 stepeni u minuti ako se sva otopina ravnomjerno zagrije. Ako samo 6.000 litara efektivno učestvuje u cirkulaciji, porast temperature će biti 0,8 stepeni u minuti u aktivnoj zoni, dok zona stagnacije ostaje hladna. 40% bypass frakcija se izračunava iz omjera uključenog volumena i ukupne zapremine.
Ispravke dizajna
Zaprečavanje je primarna korekcija za obilazni tok. Vertikalna pregrada koja se proteže od dna rezervoara do iznad visine zavojnice, postavljena okomito na dugu dimenziju zavojnice, prisiljava rastvor da putuje punom dužinom rezervoara pre nego što se vrati u zavojnicu. Pregrada prekida stazu kratkog-spoja.
Prošireno pokrivanje zavojnice preko dna rezervoara eliminiše negrijane mrtve zone. PTFE mreža treba da pokriva najmanje 70% površine poda rezervoara, protežući se do 150-200 mm od svih zidova. Rubne praznine su neizbježne za pristup instalaciji, ali ih treba svesti na minimum.
Za duboke rezervoare, drugi sloj PTFE namotaja na srednjoj-dubini pruža grijanje na više vertikalnih nivoa. Ovo razbija jaku termoklinu koja se može formirati kada sva toplota uđe na dno. Dvostepeno-grijanje stvara dvije cirkulacijske ćelije koje se miješaju efikasnije od jedne ćelije.
Uređaji za distribuciju protoka-perforirane ploče ili razvodne glave-mogu se integrirati sa potpornom strukturom PTFE zavojnice. Ovi uređaji ravnomjerno usmjeravaju protok kroz snop zavojnica, sprečavajući preferencijalne kanale kroz otvorene površine.
Rezime
Prekomjerni obilazni protok u djelimično uronjenim PTFE kalemovima izmjenjivača topline uzrokuje trajnu temperaturnu neujednačenost-tako što dozvoljava zagrijanoj otopini da kratko-spoji natrag do zavojnice bez miješanja s punim volumenom spremnika. Dijagnostički indikatori uključuju stalne razlike u temperaturi između-rezervoara koje ne reaguju na povećanje pritiska pare i brzi odziv temperature blizu{4}}zavojnice sa sporim odzivom daleke{5}}zone.
Bajpas frakcija se procjenjuje iz proračuna toplotnog bilansa upoređujući stvarni porast temperature sa teorijskim ujednačenim grijanjem. Ispravke uključuju zbunjivanje radi prekida kratkih-puteva spoja, proširenu pokrivenost zavojnice kako bi se eliminisale mrtve zone, i više-smještanje zavojnice na više nivoa za duboke rezervoare.
Inženjerske preporuke za korekciju protoka bajpasa izmjenjivača topline PTFE dostupne su nakon podnošenja dimenzija rezervoara, rasporeda zavojnice, izmjerene distribucije temperature i trenutnih radnih podataka pare.
