Как моделът на разположение на тръбата (триъгълна срещу квадратна) влияе върху-страничния поток и преноса на топлина в PTFE топлообменник?

Когато флуид-отстрани на обвивката преминава през сноп от PTFE тръби, моделът на тръбите – наречен модел „наклон“ – влияе върху това дали потокът се движи на зигзаг турбулентно или протича с по-малко съпротивление. Изборът на оформление е основно и-трайно оперативно решение. Инженерите, които разработват или специфицират PTFE топлообменник, трябва да оценят компромиса-между триъгълни и квадратни модели на стъпка, за да балансират ефективността на топлопреноса срещу дългосрочната -обслужваемост.

Геометрия на разположението на тръбите
Моделите на разположение на тръбите се описват като позицията на центровете на тръбите по отношение на посоката на потока от страната на корпуса. Най-популярните подредби са стъпката на триъгълник (включително завъртян триъгълник) и стъпка на квадрат (включително обърнат квадрат). При всички обстоятелства стъпката на тръбата--разстоянието от център до център между съседни тръби--обикновено е 1,25 до 1,5 пъти външния диаметър на тръбата. Разстоянието е проектирано да осигури подходяща механична якост, да предотврати контакта на тръбите и да позволи течността да тече през снопа от страната на корпуса.

Стъпка (разместена) Триъгълна
При триъгълна стъпка всяка тръба във втория ред е разположена на половин стъпка спрямо първия ред. Това води до шахматно оформление, така че маршрутите на потока да не са в права линия в целия пакет. Течността от-страни на обвивката е принудена да се вие ​​между тръбите, като непрекъснато променя посоката.

Ключови характеристики:

Повече тръби на единица напречно-сечение на корпуса (по-висока плътност на тръбите)

По-голяма турбуленция в потока

Повишен спад на налягането-от страната на корпуса

Много по-голям коефициент на топлопреминаване

Квадратна (вградена) стъпка
Тръбите са в квадратна стъпка, подредени в редове и колони, образувайки прави коридори или ленти по посока на -страничния поток на корпуса. Течността може да премине през тези пасажи практически безпрепятствено.

Ключови характеристики:

По-ниска плътност на тръбите (по-малко тръби за същия диаметър на корпуса)

Турбуленция с намален поток

спад на налягането от долната страна на корпуса

По-нисък коефициент на топлопреминаване (за подобен масов дебит)

Алеи за механично почистване с директен достъп

Ефект на страничния-поток и пренос на топлина в корпуса
Триъгълното залитане на стъпката разрушава ламинарните гранични слоеве и предизвиква непрекъснато смесване на следите. Течността не се движи в плавни потоци, а се удря, отделя се и се закрепва отново към тръбите. Такова хаотично движение увеличава предаването на топлина чрез конвекция на повърхностите на тръбата. За дадена скорост на потока от страната на корпуса, коефициентът на топлопреминаване на сноп с триъгълна-стъпка може да бъде 20–30% по-висок от този на сноп с еднаква квадратна-стъпка.

Отрицателното е спадът на налягането. Турбуленцията, която увеличава преноса на топлина, също използва изпомпваща енергия. Въпреки това, в много приложения на PTFE топлообменници, където флуидите от-страни на корпуса обикновено са вода, пара или чиста охлаждаща среда, лекото увеличение на загубата на налягане е приемливо.

Линейното оформление поддържа чисти ленти на потока в квадратна стъпка. Течността от страната на корпуса също се ускорява в тесните междини между тръбите, но потокът е по-ламинарен или преходен с по-малко кръстосано-смесване. В резултат на това коефициентът на топлопреминаване се понижава. За същото топлинно натоварване сноп с квадратна-стъпка може да се нуждае от по-голям диаметър на обвивката или по-голяма дължина на тръбата.

Сравнение на плътността на тръбите
При триъгълна стъпка можете да имате около 15% повече тръби със същия диаметър на корпуса, както при квадратна стъпка. Това е следствие от ефективността на опаковането. За PTFE топлообменниците стените на тръбите често са доста дебели и имат ниска топлопроводимост (в сравнение с металните тръби), следователно максимизирането на броя на тръбите често е желателно, за да се компенсира присъщото термично съпротивление на PTFE. Триъгълното оформление увеличава топлообменната повърхност, без да увеличава размера на корпуса.

Достъп до механично почистване, основен дългосрочен проблем
Голямото дългосрочно съображение е достъпът за почистване Капацитетът за премахване на отлагания от замърсяване от страната на корпуса на топлообменника ще определи дали уредът може да бъде възстановен до предишната си работа след месеци или години на употреба.

В триъгълната стъпка шахматната геометрия не позволява директни, безпрепятствени линии на видимост в целия пакет. Механични почистващи инструменти, като въртящи се копия, водни струи под високо налягане или телени четки не могат да се подават между тръбите. За триъгълен-пакет от катран единственият начин за почистване е химическо почистване (циркулиращи киселини, разтворители или детергенти). Химическото почистване е ефективно за премахване на много видове замърсявания (котлен камък, органични отлагания, лека утайка), но твърдите устойчиви отлагания или тези, които не се разтварят в безопасни химикали, могат да бъдат по-малко успешно третирани.

Квадратната стъпка осигурява ясен достъп с прави коридори между тръбните редове. Механично почистващо копие може да бъде прекарано през страната на черупката, обикновено от края на отделящия се канал, за да се изчистят или отстранят отлаганията от тръбите. Квадратната стъпка е изборът по подразбиране, когато е известно, че течността от страната на корпуса-замърсява силно-например нечиста охлаждаща вода, потоци от полимеризиращ процес или течности, съдържащи суспендирани частици, които се запичат върху повърхностите.

Приложение в топлообменници от PTFE
За корозионно обслужване от страната на тръбата (течност вътре в тръбите) най-често се предписват PTFE топлообменници. PTFE тръбите издържат на повреди от силни киселини, основи и органични разтворители. В много инсталации страната на черупката транспортира чиста течност, като охлаждаща вода, пара или масло за пренос на топлина. Замърсяването е малко, тъй като течностите от-страни на корпуса обикновено са чисти. В резултат на това триъгълната стъпка е преобладаваща в PTFE топлообменниците. Директно подобрява производителността с по-висок коефициент на топлопреминаване и увеличена плътност на тръбата без наказание за почистване.

Съществува обаче различен проблем, когато корозивната или замърсяващата течност трябва да е от страната на корпуса. Това се случва в някои технологични устройства -- например, когато страната на корпуса трябва да се отвори за проверка или където страната на тръбата е запазена за чиста течност за намаляване на падането на налягането. Ако течността от страната на черупката замърси, тогава квадратната стъпка е силно предпочитана. Загубата на топлинна ефективност се компенсира от капацитета за механично почистване на външната страна на PTFE тръбите по време на годишни прекъсвания за поддръжка.

Компромисът накратко
Triangular Pitch FeaturePitch Square
Плътност на тръбите По-висока (~15% повече тръби) Надолу.
Турбуленция от страната на обвивката Висока (потокът е шахматен) Ниска до умерена (успоредни ленти)
Коефициент на топлопреминаване По-висок По-нисък
Пад на налягането от страната на корпуса По-високо По-ниско
Достъп за механично почистване. Няма (само химическо почистване) Добър (ленти за директен достъп)
Обичайно използване на PTFE топлообменници Чиста течност (вода, пара, масло) от страната на корпуса Замърсяване на Shell-Fluid от страната
Всъщност изборът между триъгълна и квадратна стъпка за PTFE обменна тръба с триъгълен квадрат рядко е въпрос на чисто превъзходство. Това е компромис между производителност и поддръжка. Триъгълната форма осигурява по-компактен и ефективен топлообменник за чиста-странична работа. Квадратният модел компрометира малко топлинна ефективност, за да се получи възможност за възстановяване на ефективността с помощта на копие или четка за услуга за замърсяване.

Ефектът от оформлението върху разходите за жизнения цикъл на PTFE обменниците
В допълнение към непосредствените термични и хидравлични проблеми, моделът на разположение на тръбите влияе върху общата цена на притежание. Триъгълният -топлообменник може да има по-евтина първоначална цена (по-малка обвивка за същата повърхност) и по-ниска работна енергия (по-добра ефективност на пренос на топлина), но ако страната на обвивката се замърсява и химическото почистване не възстанови работата, може да се наложи уредът да бъде заменен преждевременно. Квадратният-обменник на стъпка, от друга страна, може да има по-голям корпус и по-висока първоначална цена, но може да бъде механично почистван многократно, като по този начин удължава експлоатационния живот до безкрайност.