Как да изберете правилния брой прегради за PTFE топлообменник с нисък страничен поток-на корпуса?

Поток от горещ корозивен продукт е достъпен за охлаждане само със скромна струйка охлаждаща вода. В типичен кожухотръбен топлообменник, този нисък страничен поток на черупката би плавал лениво през широко разположени прегради, причинявайки зони на застой и лош пренос на топлина. Следователно конструкцията на преградата трябва да бъде прецизно регулирана, за да се получи всяка налична единица топлинна мощност от този ограничен поток.

Инженерният проблем при конструкцията на PTFE обменника с малък поток на преградите е особено точният баланс между пада на налягането и предаване на топлина. Твърде много прегради могат да задушат потока и да претоварят малка циркулационна помпа. Твърде малко може да направи топлообменника хидравлично тих, но топлинно неефективен.

Защо преградите са важни в PTFE топлообменниците
Преградите изпълняват множество важни задачи в кожухотръбен топлообменник:

Насочване на потока над тръбния сноп от страната на корпуса

Подобрена турбуленция и пренос на топлина

Поддържа гъвкави PTFE тръби

Намаляване на регионите на мъртвия поток

Избягване на вибрациите на тръбата

При PTFE топлообменниците дизайнът на преградите е много по-важен, тъй като PTFE тръбите са механично гъвкави за разлика от металните тръби. Правилното разстояние между опорите помага да се поддържа геометрията на снопа и да се контролира поведението на потока на течността.

При условия на нисък поток ефективността на топлообменника е доста чувствителна към разстоянието и разположението на преградите.

Традиционен компромис със сегментна преграда
Повечето традиционни кожухотръбни топлообменници използват сегментни прегради. Тези нарязани плочи, частично, карат течността от страната на черупката често да преминава през тръбния сноп по зигзагообразен начин.

Този дизайн води до висока скорост на напречен-поток и засилва турбулентността.

Прегради, разположени наблизо
Когато множество прегради са поставени с малко разстояние:

Увеличаване на страничната скорост на корпуса

Коефициентът на топлопреминаване се увеличава

Подобрения на топлинните характеристики

Може да подобри устойчивостта на замърсяване

Течността се ускорява и се завърта многократно през снопа, причинявайки по-енергично смесване около тръбите.

Но това си има цена.

Падането на налягането се повишава бързо
За страната на корпуса използването на тясно разположени прегради води до повишено хидравлично съпротивление при ниски общи скорости на потока.

Резултатът може да съдържа:

Висок спад на налягането.

По-малък общ тираж

Претоварване на помпата

Поток гладуване

Нестабилни операции

При тежки обстоятелства доставената глава на помпата може да не е достатъчна, за да поддържа каквато и да е смислена циркулация-отстрани на корпуса.

Проблемът с недостатъчно прегради
С по-малко прегради има по-малко съпротивление и течността тече по-лесно през черупката.

Този метод намалява:

Загуба на налягане

Изисквания за изпомпване

Ограничаване на потока

За съжаление топлинните характеристики обикновено се влошават в същото време.

Ламинарен поток с ниска скорост
Ако преградите са широко разпръснати, скоростта от страната на корпуса може да е много ниска. В такъв случай потокът може да има тенденция да бъде предимно ламинарен и да не е турбулентен в напречния-поток.

Сега това, което се случва е:

Ниски коефициенти на топлопреминаване

Термична стратификация

Мъртви зони

Утаяване на твърди вещества

Натрупване-на замърсяване

Вместо това, течността може да криволичи бавно през отворени региони с малко смесване, вместо да бъде ефективно пометена из целия пакет.

Тези стационарни зони могат да бъдат особено обезпокоителни при услуги за превоз на-корозивни или твърди вещества.

Защо PTFE топлообменниците с-нисък поток трябва да се третират по различен начин
Тъй като PTFE тръбите са гъвкави, устройствата на преградите могат да бъдат по-персонализирани, отколкото с твърди метални тръбни снопове.

PTFE пакетите могат да бъдат сглобени чрез:

CustomSpacer геометрии

Регулируемо разстояние между преградите

Не-стандартни условия за поддръжка

Спирала на пътищата на потока

Тази гъвкавост прави различните концепции за прегради много интересни при приложения с нисък поток.

Спирални прегради – съвременно решение
Дизайнът на спираловидната преграда е нова алтернатива на типичните сегментни прегради.

Вместо да принуждават флуида чрез остри зигзагообразни напречни-модели на потока, спираловидните прегради насочват-страничния поток на черупката по непрекъснат спирален път през топлообменника.

Спиралните прегради поемат слаб, криволичещ поток и го превръщат в приятна, концентрирана спирала.

Как спиралният поток подобрява производителността
Това спираловидно движение има множество основни предимства:

По-постоянна скорост от страната на корпуса

По-малко статични зони

По-лесен хидравличен поток

По-ниска загуба на налягане

По-добро разпределение на топлината

Течността тече непрекъснато по протежение на снопа по подобен на тапа -поток-, без ускорение и забавяне.

Това води до по-ефективно използване на ограничената енергия на потока.

Ъгъл на спиралата и защо има значение
Работата на спиралния топлообменник е доста чувствителна към ъгъла на спиралата.

Типичните ъгли на спиралата са както следва:

15 градуса

25 градуса

35 градуса

Цели 45 градуса

Намалени ъгли на спиралата
Дълга -наклонена спирала с по-нисък ъгъл произвежда:

По-плавно водене на потока

Намален спад на налягането

По-дълги пътища на потока

Умерена скорост на потока

Това разположение обикновено се предпочита за PTFE топлообменници с нисък поток.

По-големи ъгли на спиралата
По-високи ъгли на спиралата (по-стръмни):

Интензивност на кръстосания поток

Локална турбуленция.

Коефициент на топлопреминаване

Но намаляването на налягането също се увеличава пропорционално.

Следователно оптималният ъгъл е компромис между термичното натоварване и наличния капацитет на изпомпване.

Сравнение на дизайни на сегментни и спирални прегради
Разликите във функционирането са по-видими, когато двата подхода се сравняват директно.

Характеристика Сегментни прегради Прегради, спираловидни
Модел на потока Кръстосан-поток зигзагСпирален, непрекъснат
Пад на налягането По-голям По-малък
Възможните мъртви зони са намалени
Ниска производителност на потока По-добра Често Слаба
Тенденция към замърсяване Умерена до висока Ниска
Разпределение на скоростта Неравномерно По-равномерно
Спиралната подредба е по-добър компромис между хидравличната и топлинната ефективност по отношение на стабилността за много услуги с нисък поток.

Съображения за проектиране – практически
много прегради Конфигурация на PTFE обменник с нисък поток има много съображения при определянето на.

Глава на помпата за продажба
Най-голямата приемлива устойчивост на преграда е ограничена от възможностите за странично налягане на корпуса на циркулационната система.

Потенциал за замърсяване
Дизайни, които минимизират стационарните зони, са желателни за-носещи твърди вещества или кристализиращи течности.

Спецификации за термично натоварване
По-високите необходими скорости на пренос на топлина може да наложат по-строго водене на потока.

Държач за PTFE тръба
Въпреки това, PTFE тръбите са гъвкави и разстоянието между опорите все още трябва да е достатъчно добро, за да се предотврати прекомерно отклонение или вибрации.

Достъп за поддръжка
По-малко сложни, по-отворени конфигурации на преградата биха могли да осигурят по-добър достъп за почистване в-склонни към замърсяване приложения.

Когато стандартните дизайни не работят
Стандартните конструкции на корпуса и тръбите обикновено са проектирани за умерени до високи скорости на потока-на страната на корпуса. Тези подобни геометрии могат да работят зле при условия на слаба циркулация.

Типичните симптоми на повреда са:

Недостатъчен капацитет на охлаждане

Високи изходящи температури

Намаляване на свръхналягането

Солиден депозит

Нееднородност на разпределението на потока

Предимството на оптимизираното вътрешно управление на потока е значително по-голямо в PTFE системи с нисък{0}}поток.

Резюме
За приложения с нисък страничен поток на корпуса правилният избор на прегради се превръща в един от най-важните аспекти при определяне на производителността на PTFE обменника. Конвенционалните сегментни прегради представляват труден компромис: плътно разположените прегради осигуряват добър топлопренос, но сериозна загуба на налягане, докато широко разположените прегради минимизират съпротивлението, но позволяват слаби, лошо смесени модели на потока.

Дизайнът на спиралната преграда е по-балансирана опция, насочваща флуида-от страната на черупката по лек спирален път, който поддържа скоростта, но намалява хидравличните загуби и зоните на застой. В много приложения с нисък-поток спиралното разположение с-дълга стъпка предлага подобрена цялостна производителност в сравнение с традиционните сегментни конструкции.

Гъвкавостта на опорното разстояние и вътрешната геометрия на PTFE тръбните снопове позволява тези топлообменници да бъдат регулирани за трудни услуги с нисък поток, където традиционните конструкции се провалят.

При проектирането на термична система най-ефективният вариант не винаги е този, който избутва течността най-силно. Понякога най-доброто представяне е леко и постоянно да тласкате потока в посоката, в която иска да върви.