Kiiruse oht
PTFE soojusvaheti torusse kiirusega 25-35 m/s sisenev aur kannab kaasa kondensaadipiisku. Need tilgad, mis liiguvad peaaegu aurukiirusel, mõjutavad toru seina kurvides, päise üleminekutes ja vooluhäirete piirkondades. Iga löök annab PTFE pinnale mikroskoopilise mehaanilise impulsi.
Madalatel kiirustel neeldub viskoelastne polümeer löögienergia elastselt. Pind põrkub ilma vigastusteta. Suurematel kiirustel põhjustab miljonite tilkade kokkupõrgete kumulatiivne mõju pinna karestumise, materjalikadu ja võimaliku seina õhenemise. See on erosioon{3}}puhtalt mehaaniline kulumine ilma keemilise komponendita.
Maksimaalne lubatud aurukiirus on lävi, millest allpool on erosioon kavandatud kasutusea jooksul tühine. Üle selle künnise kuhjub erosioon kuni mõõdetava seinakaduni seadme eluea jooksul.
Piiskade kokkupõrkemehhanism
Kondensaat moodustub pidevalt, kui aur vabastab oma varjatud soojuse. Osa kondensaadist voolab kilena mööda toru seina. Osa neist haarab piiskadena suure kiirusega-auru südamikusse. Kurvides ja takistustes paiskuvad tilgad tsentrifugaaljõu toimel väljapoole ja tabavad toru seina.
Veepiisa löögirõhk tahkel pinnal on võrdeline veehaamri rõhuga: P=ρ × c × V, kus ρ on vee tihedus, c on akustiline kiirus vees (umbes 1500 m/s) ja V on tilga löögikiirus. Löögikiirusel 30 m/s ületab hetkerõhk löögipunktis 45 MPa-, millest piisab PTFE lokaalseks deformeerimiseks.
Üksik löök ei põhjusta mõõdetavat kahju. Kuid 6000 tundi aastas töötav aurusüsteem annab kümne aasta jooksul toru seinale sadu miljoneid tilka. Korduvast mikro-deformatsioonist tulenev kumulatiivne väsimus põhjustab lõpuks pinnale pragusid, osakeste eraldumist ja seina mõõdetavat õhenemist.
Tabel 1: Auru kiiruse piirangud PTFE soojusvaheti torudele
| Aururõhk (barg) | Toru ID (mm) | Soovitatav maksimaalne aurukiirus (m/s) | Maksimaalne absoluutne kiirus (m/s) | Erosioonioht üle absoluutse maksimumi |
|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 6 | 20-25 | 30 | Mõõdukas (karestamine 5 aasta jooksul) |
| 3.0 | 6 | 18-22 | 28 | Mõõdukas |
| 4.0 | 8 | 20-25 | 32 | Mõõdukas |
| 2.0 | 8 | 22-28 | 35 | Madal-Mõõdukas (suurem läbimõõt vähendab tilkade kontsentratsiooni) |
| 3.0 | 8 | 20-25 | 30 | Mõõdukas |
| 4.0 | 10 | 25-30 | 38 | Madal (suurem läbimõõt; madalam aurutihedus kõrgemal rõhul) |
Kiirusepiirangud põhinevad PTFE erosioonikindluse andmetel ja konservatiivsel ekstrapolatsioonil pikaajalisest teeninduskogemusest{0}. Absoluutne maksimum tähistab kiirust, mille ületamisel on oodata mõõdetavat erosiooni 10 aasta jooksul pidevast kasutusest.
Kuivuse fraktsiooni ühendus
Auru kiiruse piirangud eeldavad, et kuivusosa on 98% või rohkem, -mis tähendab, et vee massist on 2% või vähem. Väiksemate kuivfraktsioonide korral on kaasavõetud veesisaldus suurem ja erosioonirisk antud kiirusel suureneb proportsionaalselt.
Kui taimeauru kvaliteet on alla 98% kuivusest, tuleks maksimaalset lubatud kiirust vähendada 10–15% võrra, et võtta arvesse suurenenud tilkade koormust. Teise võimalusena eemaldab soojusvahetist ülesvoolu paigaldatud aurueraldaja üleliigse kaasa võetud vee ja taastab kavandatud kiirusevaru.
Projekteerimiskiiruse arvutamine
Auru kiirus igas torus arvutatakse, jagades auru mahulise voolu toru kohta toru ristlõikepinnaga{0}}. Auru kogumassivoog määratakse soojuskoormuse järgi: massivoolu=soojuskoormus / auru varjatud soojus.
50 kW PTFE soojusvaheti puhul, millel on 40 toru läbimõõduga 8 mm läbimõõduga 3 barg auruga, on massivool toru kohta ligikaudu 0,75 kg/h. Küllastunud auru erimaht 3 bargi juures on 0,46 m³/kg. Mahuvool toru kohta on 0,35 m³/h. Toru ristlõikepindala on 5,0 × 10⁻⁵ m². Auru kiirus on 1,9 m/s{16}}hästi ohututes piirides.
Kiiruse arvutamine tuleks läbi viia projekteerimisetapis ja veenduda, et see jääb alla soovitatud maksimumi. Enamiku piisava torude arvuga PTFE-soojusvahetite puhul on auru kiirused mitme paralleelse voolutee tõttu loomulikult väikesed. Suur kiirus on sagedamini probleemiks väikestes, väheste torudega soojusvahetites või süsteemides, kus auru etteande rõhk on oluliselt suurem kui projekteeritud rõhk.
Kokkuvõte
Maksimaalne lubatud auru kiirus PTFE soojusvaheti torudes on 20-30 m/s, olenevalt toru läbimõõdust ja aururõhust, kusjuures 35-38 m/s on absoluutne maksimum, millest kõrgemal on oodata mõõdetavat erosiooni. Need piirid eeldavad, et auru kuivuse osa on 98% või rohkem. Madalamad kuivuse fraktsioonid nõuavad kiiruse vähendamist.
Enamiku õigesti konstrueeritud -toruga PTFE soojusvahetite puhul langevad auru kiirused paralleelsete vooluteede suure arvu tõttu loomulikult alla nende piiride. Kiiruse kontrollimine projekteerimise ajal tagab, et erosioon ei piira seadme kasutusiga.
Konkreetsete PTFE-soojusvahetite konstruktsioonide auru kiiruse kontrollimise tehniline analüüs on saadaval pärast soojusvõimsuse, auru rõhu, torude arvu ja mõõtmete ning auru kvaliteedi andmete esitamist.
