A Paradoxon
A 60 kW teljesítményre 4 barg gőznyomás melletti PTFE hőcserélő nem képes fenntartani a folyamat hőmérsékletének alapértékét, ha 4 barg-on működik. A gőzszelep teljesen kinyílik. A fürdő hőmérséklete a cél alá csökken. Ha azonban a kezelő a gőznyomást 2 barg-ra csökkenti, a hőcserélő hirtelen jobban teljesít,{7}}a fürdő hőmérséklete megemelkedik, és az alapjel közelében stabilizálódik. A hőcserélő több hőt ad le alacsonyabb gőznyomás mellett. Ez ellentétes{10}}intuitív.
Az ok a kondenzvíz elöntése magasabb nyomáson. 4 bargnál a gőz hőmérséklete 152 fok, és az egységnyi területre eső hőátadási sebesség magas. A kondenzátum képződési sebessége ennek megfelelően magas. A kondenzvíz-elvezető rendszer-a gőzleválasztó és a visszatérő csővezeték-nem tudja kezelni a kondenzátum csúcsterhelését 4 bargnál. A kondenzvíz visszafolyik a csövekbe, elárasztva az alsó részt. Az elárasztott csövek nem járulnak hozzá a hőátadáshoz. Az effektív felület csökken. A hőcserélő nem tudja teljesíteni a névleges teljesítményét.
2 barg-on a gőz hőmérséklete 133 fok. A hőátadási sebesség alacsonyabb, és a kondenzátumképződés sebessége alacsonyabb. A vízelvezető rendszer bírja a csökkentett terhelést. Árvíz nem fordul elő. Minden cső hozzájárul a hőátadáshoz. Az effektív felület nagyobb, mint 4 bargnál (ahol az árvíz eltávolította a terület egy részét). A teljes hőteljesítmény magasabb az alacsonyabb nyomáson az alacsonyabb LMTD ellenére.
A kondenzátum terhelés számítása
A kondenzátum képződési sebessége: m_cond=Q / h_fg, ahol Q a hőterhelés és h_fg a gőz látens hője. 4 barg nyomáson a h_fg körülbelül 2100 kJ/kg. 2 barg nyomáson körülbelül 2160 kJ/kg. A látens hő közel állandó, így a kondenzátum tömegáram egyenesen arányos a hőterheléssel.
Ha a hőcserélő 4 bar nyomáson 60 kW-ot próbál leadni, a kondenzátum terhelés 60/2, 100=0.0286 kg/s=103 kg/h. 2 bargnál, 45 kW-os csökkentett terhelés mellett (amelyet az alsó LMTD korlátoz) a terhelés 45/2,160=0.0208 kg/s=75 kg/h-27%-os csökkenés.
A gőzleválasztót és a kondenzátum visszatérő vezetéket a kondenzátum csúcsterheléséhez kell méretezni. Ha a csapdát a normál működési feltételek alapján választották ki 2-3 barg-nál, akkor előfordulhat, hogy alulméretezett a 4 barg-os esethez, ahol nagyobb a kondenzátum terhelés. A csapda kapacitása az üzemi nyomáskülönbségnél (gőznyomás mínusz visszatérő vezeték nyomása) határozza meg, hogy képes-e kezelni a terhelést.
| Gőznyomás | Heat Duty | Kondenzátum terhelés | Csapkakapacitás (Példa: DN15 F&T) | Árvíz? |
|---|---|---|---|---|
| 2 barg | 45 kW | 75 kg/h | 120 kg/h 1,5 bar ΔP mellett | Nem |
| 3 barg | 53 kW | 89 kg/h | 140 kg/h 2,5 bar ΔP mellett | Nem |
| 4 bárg | 60 kW | 103 kg/h | 100 kg/h 3,5 bar ΔP nyomáson (csökkent kapacitás a gyorsgőz miatt) | Igen |
A diagnosztikai megerősítés
Az elárasztás diagnózisát a csőfal hőmérsékleti profiljának mérése igazolja. Ha a csövek alsó részei hidegek (közel a folyamathőmérséklethez), a kondenzvíz elönti ezeket a szakaszokat. A mérés történhet infravörös hőmérővel vagy érintkező termoelemmel a csőköteg hozzáférhető pontjain.
A második megerősítés a kondenzvíz-elvezető kapacitás átmeneti növelése. Ha rövid időre kinyitja a gőzleválasztó bypass-t (ha van bypass) vagy növeli a kondenzvíz visszatérő vezeték légtelenítését, átmenetileg megszűnhet az elárasztás, és visszaállhat a 4 barg hőteljesítmény. Ha ez a teszt visszaállítja a teljesítményt, akkor a vízelvezető rendszer alulméretezett.
A javító akció
Az állandó megoldás a kondenzvíz-elvezető kapacitás növelése. A lehetőségek közé tartozik: nagyobb gőzfogó felszerelése, párhuzamosan egy második csapda felszerelése, a kondenzátum visszatérő vezeték átmérőjének növelése, a kondenzvíz visszatérő vezeték ellennyomásának csökkentése (a légtelenítés javításával vagy kondenzvízszivattyú felszerelésével), vagy a kondenzvíz gyűjtőcső újra-ledőlése a vízelvezetés javítása érdekében.
Ha a vízelvezető kapacitás növelése nem kivitelezhető, a gőznyomást olyan maximumra lehet korlátozni, amelyet a vízelvezető rendszer elárasztás nélkül képes kezelni. A nyomás-határoló szelep vagy a vezérlőrendszer alapjel-korlátja megakadályozza a működést olyan nyomáson, amely elárasztást okoz.
Összegzés
Egy PTFE hőcserélőben, amely alacsony gőznyomáson jobban teljesít, mint a tervezett nyomáson, nagyobb nyomáson kondenzátum eláraszt. A kondenzátum képződési sebessége meghaladja a vízelvezető rendszer kapacitását, elárasztja az alsó csőszakaszokat és csökkenti az effektív felületet. A diagnózist a csőfal hőmérséklet-profilja és a csapda bypass teszt igazolja. A megoldás a megnövelt vízelvezető kapacitás vagy a maximális gőznyomás korlátozása.
A PTFE hőcserélő teljesítményének hibaelhárításához műszaki támogatás érhető el a gőznyomás, a kondenzátum terhelés, a csapda specifikációinak, a kondenzátum visszatérő vezeték konfigurációjának és a megfigyelt teljesítményadatoknak a benyújtásával.
