A szabadtéri számítási kihívás
A szabadban elhelyezett PTFE hőcserélő a környezeti hőmérsékletet nappal és éjszaka között 15-20 fokos, nyár és tél között 30-40 fokos ingadozást tapasztal. A hőcserélő és annak összekötő csöveiből származó hőveszteség a környezetbe arányosan változik. Egy olyan kialakítás, amely csak az átlagos téli hőmérsékletet veszi figyelembe, hideg esetén alulméretezhető. Az extrém minimális hőmérsékletre tervezett kialakítás normál működés közben elveszti a kapacitást.
A hőveszteség számításának figyelembe kell vennie a hőveszteséget okozó átlagos hőmérséklet-különbséget és a hőcserélő maximális szükséges teljesítményét meghatározó veszteségcsúcsot. Ezenkívül kezelnie kell a leállás során bekövetkező fagyveszélyt, amikor nincs hőbevitel, és a hőcserélő környezeti hőmérsékletre hűl.
A fémes hőcserélőkkel ellentétben a PTFE-nek van egy biztonsági határa a fagykárosodás ellen. A flexibilis fluorpolimer repedés nélkül alkalmazkodik a fagyos víz tágulásához, -ez a tulajdonság befolyásolja a fagyvédelmi stratégiát.
A hőveszteség összetevői
A kültéri PTFE hőcserélőből származó hőveszteség három összetevőből áll. A tartály vagy hőcserélő test elvesztése a tartály vagy hőcserélő héjának szabad felületéről a környezeti levegőbe kerül. A veszteség mértéke függ a felülettől, a technológiai közeg és a környezeti levegő közötti hőmérséklet-különbségtől, valamint a hőátadási tényezőtől a szigetelésen és a külső légrétegen keresztül.
Az összekötő csövek elvesztése a hőcserélő és a folyamat közötti,{0}}föld feletti csővezetékből származik. Még szigeteléssel is minden méter cső mérhető hőveszteséget okoz. A teljes csőveszteség a szabad cső hosszától és a hőmérséklet-különbségtől függ.
A szél{0}}fokozott veszteség növeli a külső hőátadási tényezőt. Az 5 m/s-os szél megduplázhatja a hőveszteséget a csendes levegőhöz képest. A hőveszteség számításba bele kell foglalni a telepítés helyére vonatkozó széladatokat.
1. táblázat: A hőveszteség számítási tényezői környezeti állapot szerint (50 fokos folyamatfolyadék, 10 m² szabad felület, 25 mm-es ásványgyapot szigetelés)
| Környezeti állapot | Hőmérséklet különbség ( fok ) | Szélsebesség (m/s) | Külső film együttható (W/m²·K) | Hőveszteség (kW) | A tervezési terhelés százaléka (75 kW) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nyári délután (35 fok, még) | 15 | 0.5 | 5 | 1.2 | 1.6% |
| Nyári éjszaka (22 fok, mozdulatlan) | 28 | 0.5 | 5 | 2.2 | 2.9% |
| Téli délután (10 fok, szellős) | 40 | 3 | 12 | 4.8 | 6.4% |
| Téli éjszaka (-5 fok, szellős) | 55 | 3 | 12 | 6.6 | 8.8% |
| Hideg (-20 fok, szél) | 70 | 8 | 22 | 12.3 | 16.4% |
| Extrém minimum (-30 fok, szél) | 80 | 8 | 22 | 14.1 | 18.8% |
A szigeteletlen tartályfelület hővesztesége 4-6-szor nagyobb lenne. A szigetelés elengedhetetlen kültéri telepítéseknél.
A szigetelés optimalizálása
A hőveszteség-számítások irányítják a szigetelés vastagságának kiválasztását. A gazdasági optimum egyensúlyba hozza a vastagabb szigetelés költségeit a berendezés élettartama során megtakarított energia értékével. Hideg éghajlatú kültéri telepítéseknél a számítás gyakran 50-75 mm szigetelésvastagságot eredményez.
A szigetelésnek időjárásállónak kell lennie. Az esőnek, hónak és UV-sugárzásnak kitett kültéri szigetelés védőburkolat nélkül gyorsan lebomlik. Az alumínium vagy rozsdamentes acél burkolat védi a szigetelést, és tartós, tisztítható felületet biztosít. Minden csatlakozást tömíteni kell, hogy megakadályozza a víz bejutását, ami rontja a szigetelés hatékonyságát.
A PTFE hőcserélők sajátos szigetelési kihívást jelentenek a karimás csatlakozásoknál és a gyűjtőfej hozzáférési pontoknál. A szigetelőrendszernek lehetővé kell tennie az időszakos hozzáférést ellenőrzéshez és karbantartáshoz anélkül, hogy az eltávolítás és csere során megsérülne. Ezeken a helyeken levehető szigetelő takarók biztosítják a szükséges hozzáférést.
Fagyvédelmi stratégia
Ha egy kültéri PTFE hőcserélő télen leáll, a csövek belsejében rekedt technológiai folyadék megfagyhat. A víz körülbelül 9%-kal kitágul fagyáskor, nyomást hozva létre, amely megoszthatja a merev csöveket és edényeket.
A PTFE csövek lehetővé teszik a jég tágulását repedés nélkül. Az anyag szakadási nyúlása meghaladja a 200%-ot, és rugalmassága alacsony hőmérsékleten -a PTFE 200 fokig rugalmas marad -lehetővé teszi, hogy a cső kitáguljon a fagyos vízzel. A PTFE hőcserélőhöz csatlakoztatott fém gyűjtők, karimák és összekötő csövek azonban nem osztják ezt a fagytűrést.
A fagyvédelmi stratégia ezért a fém alkatrészekre összpontosít. A szabaddá vált fémcsövek, vágófejek és szelepek hővezetése megakadályozza a lefagyást a leállítás során. Maguk a PTFE-csövek nem igényelnek fagyvédelmet, bár a csövek belsejében lévő folyadékot le kell engedni, vagy hagyni kell lassan keringeni, ha a fagyási körülmények továbbra is fennállnak.
Összegzés
A környezeti hőmérséklet ingadozása a kültéri PTFE hőcserélő berendezéseket befolyásolja a változó hőveszteség miatt, amelyet a hőcserélő méretének kell figyelembe vennie. A szigetelés vastagsága a helyi klímához optimalizált, a tartóssághoz elengedhetetlen az időjárásálló burkolat. A szél hőveszteségre gyakorolt hatása jelentős, és figyelembe kell venni a számításokban.
A PTFE csövek károsodás nélkül tolerálják a fagyásos tágulást, így belső védelmet nyújtanak a téli leállások legsúlyosabb következményei ellen. A fagyvédelmi erőfeszítések a PTFE hőcserélőhöz csatlakoztatott fém rendszerelemekre összpontosítanak.
A kültéri PTFE hőcserélő szigetelésére és fagyvédelmi tervezésére vonatkozó műszaki ajánlások a helyszíni meteorológiai adatok, a folyamatfolyadék tulajdonságai, az üzemi és leállási hőmérsékleti profilok és a csőelrendezés benyújtása után érhetők el.
