Kui kesta-külgne vedelik voolab üle PTFE-torude kimbu, määrab nende torude paigutus-sammumuster-, kas vool liigub siksakiliselt turbulentselt või voolab väiksema takistusega. Õige paigutuse valimine on oluline samm, millel on püsivad tegevuse tagajärjed. PTFE-soojusvahetit kavandavate või täpsustavate inseneride jaoks on oluline mõista kolmnurksete ja ruudukujuliste sammude vahelisi kompromisse, et tasakaalustada soojusülekande jõudlust ja pikaajalist{6}}hooldavust.
Torude paigutuse geomeetria
Toru paigutusmustrid on määratletud torude tsentrite paigutusega kesta{0}}külgvoolu suuna suhtes. Kaks levinumat konfiguratsiooni on kolmnurkne samm (kaasa arvatud pööratud kolmnurkne) ja ruudu samm (kaasa arvatud pööratud ruut). Mõlemal juhul on toru samm-keskkoha-keskpunkti-vahemaa külgnevate torude vahel- tavaliselt 1,25–1,5 korda toru välisläbimõõdust. See vahemaa tagab piisava mehaanilise tugevuse, takistab torude{10}}kontakti{11}}toruga ja võimaldab kesta{12}}külgsel vedelikul kimbust läbida.
Kolmnurkne (jaotatud) samm
Kolmnurkne samm asetab iga toru teise ritta poole sammu võrra esimesest reast. See loob astmelise paigutuse, kus vooluteed ei ole kogu kimbu ulatuses sirgelt joondatud. Shell-külgne vedelik on sunnitud torude vahel punuma, muutes pidevalt suunda.
Peamised omadused:
Suurem torutihedus (rohkem torusid korpuse ristlõike{0}}ühiku kohta)
Suurenenud voolu turbulents
Suurem kesta{0}}külje rõhulangus
Oluliselt kõrgem soojusülekandetegur
Ruudu (inline) samm
Ruudukujuline samm joondab torud ridadesse ja veergudesse, luues sirgeid koridore või sõiduradasid piki shell{0}}külgvoolu suunda. Vedelik võib nende radade kaudu liikuda suhteliselt takistusteta.
Peamised omadused:
Madalam torutihedus (vähem torusid sama kesta läbimõõduga)
Vähendatud voolu turbulents
Alumise kesta{0}}rõhu langus
Madalam soojusülekandetegur (sama massivoolukiiruse korral)
Sirged juurdepääsuteed mehaaniliseks puhastamiseks
Mõju Shelli{0}}külgvoolule ja soojusülekandele
Kolmnurkse helikõrguse korral rikub astmeline paigutus laminaarseid piirkihte ja loob pideva ärkamise segunemise. Vedelik ei voola sujuvate vooludena; see põrkub torudele, eraldab ja kinnitab uuesti. See kaootiline liikumine suurendab konvektiivset soojusülekannet toru pindadel. Antud kesta-poolse voolukiiruse korral võib kolmnurkse-sammuga kimp saavutada 20–30% kõrgema soojusülekandeteguri kui samaväärne ruut{7}}samm.
Negatiivne külg on rõhu langus. Sama turbulents, mis parandab soojusülekannet, kulutab ka pumpamisenergiat. Kuid paljudes PTFE-vahetite rakendustes,-kus kesta-külgmised vedelikud on sageli vesi, aur või puhas jahutusaine-, on rõhulanguse mõõdukas suurenemine vastuvõetav.
Ruudukujulise sammu korral jätab sisemine paigutus sirged voolurajad. Shell-külgne vedelik kiirendab torudevaheliste kitsaste pilude kaudu, kuid vool jääb rohkem laminaarseks või üleminekuliseks, vähem ristsegamist. Tulemuseks on madalam soojusülekandetegur. Sama termilise koormuse saavutamiseks võib ruudukujuline-samm vajada suuremat kesta läbimõõtu või pikemat toru pikkust.
Toru tiheduse võrdlus
Kolmnurksamm mahutab umbes 15% rohkem torusid sama kesta läbimõõduga kui ruudu samm. See on geomeetrilise pakkimise tõhususe otsene tagajärg. PTFE soojusvahetite puhul, kus torude seinad on suhteliselt paksud ja soojusjuhtivus madal (võrreldes metalltorudega), on sageli soovitav torude arvu maksimeerimine, et kompenseerida PTFE-le omast soojustakistust. Kolmnurkne paigutus tagab suurema soojusülekande pinna ilma kesta suurust suurendamata.
Juurdepääs mehaanilisele puhastamisele: oluline pikaajaline{0}}kaalutlus
Juurdepääsu puhastamine on pikaajaline-peamine kaalutlus.Võime eemaldada saastejäägid soojusvaheti kesta küljelt määrab, kas seade saab pärast kuude või aastatepikkust kasutust taastada oma esialgse töövõime.
Kolmnurkses sammus ei jäta astmeline geomeetria kimbule sirgeid, takistusteta vaatejooni. Torude vahele ei saa sisestada mehaanilisi puhastustööriistu-, nagu pöörlevaid lantse, kõrgsurveveejoasid-või traatharju-. Ainus elujõuline puhastusmeetod kolmnurkse-pigikimbu jaoks on keemiline puhastamine (happed, lahustid või pesuained ringlevad). Keemiline puhastus on tõhus paljude saastetüüpide (katlakivi, orgaanilised sademed, kerge muda) korral, kuid võib olla vähem edukas kõvade, sitkete lademete või materjalide puhul, mis ei lahustu ohututes kemikaalides.
Ruudukujulise sammu korral pakuvad toruridade vahelised sirged koridorid selget juurdepääsu. Mehaanilise puhastustoru võib juhtida läbi kesta külje, tavaliselt eemaldatavast kanali otsast, et torudelt sademeid puhuda või harjata. See muudab ruutkõrguse vaikevalikuks, kui on teada, et kesta-külgne vedelik määrdub tugevasti-, näiteks määrdunud jahutusvesi, polümerisatsiooniprotsessi vood või vedelikud, mis sisaldavad hõljuvaid tahkeid aineid, mis küpsevad pinnale.
Kasutamine PTFE soojusvahetites
PTFE soojusvahetid on kõige sagedamini ette nähtud söövitavaks hoolduseks toru poolel (torude sees olev vedelik). PTFE torud on vastupidavad tugevate hapete, leeliste ja orgaaniliste lahustite rünnakutele. Paljude paigalduste puhul kannab kesta pool puhast vedelikku, nagu jahutusvesi, aur või soojusülekandeõli. Kuna need kesta{3}külgmised vedelikud on suhteliselt puhtad, on saastumine minimaalne. Järelikult on kolmnurkne samm PTFE soojusvahetites tavaline. Kõrgem soojusülekande koefitsient ja suurem torutihedus parandavad otseselt jõudlust, ilma et see tooks kaasa puhastustrahvi.
Teistsugune olukord tekib aga siis, kui söövitav või saastet tekitav vedelik tuleb asetada kesta poolele. See juhtub teatud protsessikonfiguratsioonides-, näiteks siis, kui korpuse pool tuleb kontrollimiseks avada või kui toru pool on rõhulanguse minimeerimiseks reserveeritud puhta vedeliku jaoks. Kui kesta-külgne vedelik rikub, on tugevalt eelistatud ruudukujuline samm. Võimalus PTFE-torude välispinda mehhaaniliselt puhastada iga-aastaste hoolduskatkestuste ajal kaalub üles termilise jõudluse trahvi.
Tehing{0}}Off kokkuvõte
| Funktsioon | Kolmnurkne samm | Square Pitch |
|---|---|---|
| Toru tihedus | Kõrgem (~15% rohkem torusid) | Madalam |
| Shell{0}}külgne turbulents | Kõrge (astmeline vool) | Madal kuni mõõdukas (-ridades) |
| Soojusülekande koefitsient | Kõrgem | Madalam |
| Shelli{0}}poolse rõhu langus | Kõrgem | Madalam |
| Juurdepääs mehaanilisele puhastamisele | Puudub (ainult keemiline puhastus) | Hea (sirged juurdepääsuteed) |
| Tüüpiline PTFE soojusvaheti rakendus | Puhas kesta{0}}külgvedelik (vesi, aur, õli) | Saastekesta-külgne vedelik |
Praktikas otsustatakse kolmnurkse ja ruudukujulise sammu vahel atoru paigutus muster kolmnurkne ruudukujuline PTFE soojusvahetiräägib harva absoluutsest paremusest. See on kompromiss-jõudluse ja hooldatavuse vahel. Puhta kesta-külgtöö jaoks tagab kolmnurkne muster kompaktsema ja tõhusama soojusvaheti. Saastumisteenuse puhul ohverdab ruudukujuline muster mõningase termilise jõudluse vastutasuks suutlikkuse eest taastada jõudlust toru või harjaga.
Kuidas paigutus mõjutab PTFE soojusvaheti elutsükli kulusid
Lisaks vahetutele termilistele ja hüdraulilistele kaalutlustele mõjutab toru paigutus muster omamise kogumaksumust. Kolmnurksel-sammuvahetil võib olla madalam esmane maksumus (sama pindala jaoks väiksem kest) ja väiksem tööenergia (kõrgem soojusülekande efektiivsus), kuid kui kesta külg rikub ja keemiline puhastus ei taasta jõudlust, võib seade vajada enneaegset väljavahetamist. Ja vastupidi, ruudukujulisel-sammuvahetil võib olla suurem kest ja suurem algkulu, kuid seda saab korduvalt mehaaniliselt puhastada, pikendades selle kasutusiga määramatult.
PTFE-vahetite puhul, mis on sageli valmistatud metallkesta sees olevate fluoropolümeertorudega, kipub kesta{0}}külgmine saastumine toimuma metallkestadel ja deflektoritel ning ka PTFE-torudel. Kuid PTFE madal pinnaenergia ja mittenakkuvad omadused muudavad selle vähem vastuvõtlikuks kõvade sademete adhesioonile. Sellegipoolest jääb mehaaniline puhastus kõige usaldusväärsemaks meetodiks torude vahele kogunenud tõrksate jääkide eemaldamiseks.
Järeldus: projekteerimine soojusvaheti tööea jaoks
Toru paigutusmuster on midagi enamat kui geomeetria{0}}see on otsus selle kohta, kuidas soojusvaheti oma eluiga elab, olgu see puhas või määrdunud ja kuidas seda hooldatakse. Hoolduse planeerimine algab projekteerimisetapis. Soojusvaheti, mida ei saa puhastada, kaotab lõpuks jõudluse ja ebaõnnestub. Mõistes kolmnurkse ja ruudukujulise sammu voolu ja puhastamise mõju, saavad disainerid sobitada paigutuse eeldatava kesta{4}}külje vedeliku käitumisega.
Puhaste või keemiliselt puhastatavate koore{0}}külgmiste vedelike jaoks pakub kolmnurkne samm suurepärast soojusülekannet ja kompaktsemat ruumi. Tugevalt määrduvate koore{2}}külgmiste vedelike puhul, mis nõuavad mehaanilist sekkumist, on ruudu samm õige valik. PTFE soojusvahetite maailmas, kus korrosioonikindlus on peamine tegur, tuleks toru paigutusmuster valida sama rangusega kui materjali spetsifikatsioon. Seadme pikaajaline töökindlus ja hooldatavus sõltuvad sellest põhimõttelisest geomeetrilisest otsusest.
