A szennyeződési határ, ami általában rossz
A bevonatolási létesítmények PTFE hőcserélőt írnak elő keményvizes fűtési feladatokhoz, 15%-os szennyeződési határral. A hőcserélő a tiszta hőterhelés 115%-ára van méretezve, abból a feltételezésből indulva ki, hogy a szennyeződési tényező kb. 13%-kal csökkenti az effektív hőátadást.
Hat hónapos működés után a hőteljesítmény 25%-kal csökkent, és a fürdő már nem tudja fenntartani a hőmérsékletet a csúcstermelés során. A hőcserélő megtisztul, és a hőteljesítmény visszaáll a tervezett értékre. A ciklus hathavonta ismétlődik.
A 15%-os árrés nem volt megfelelő, mert a tervezésben használt szennyeződési tényező általános becslésen alapult, nem pedig a tényleges keményvízviszonyokon. A tényleges méretarányos hőellenállás hat hónap elteltével a tiszta hőátadási ellenállás körülbelül 25%-ának felel meg, amihez 25%-os ráhagyás szükséges csak a tervezett hőteljesítmény fenntartása érdekében a tisztítási intervallum végén.
A méretarányos hőellenállás, amely megnöveli a haszonkulcsot
A kalcium-karbonát vízkő hőállósága a lerakódás vastagságától és hővezető képességétől függ. A kalcium-karbonát hővezető képessége körülbelül 2,5 W/m·K. 0,5 mm-es vízkőréteg esetén a hőellenállás 0,0002 m²·K/W.
A 0,8 mm-es falú PTFE hőcserélő tiszta hőátadási ellenállása 1000 W/m²·K folyamatoldali fólia együtthatóval- körülbelül 0,0042 m²·K/W. A 0,0002 m²·K/W skála hőállósága a tiszta ellenállás körülbelül 5%-a. Ez a kis ellenállás mindössze 5%-os tartalékot igényelne.
A tényleges teljesítményromlás nagyobb, mint amennyit a méretarányos hőellenállás önmagában sugall. A vízkőréteg a felületet is érdesíti, ami csökkenti az áramlási sebességet a fal közelében és növeli a film ellenállását. A vízkő-hőellenállás és a filmellenállás-növekedés együttes hatása hat hónap keményvízi üzem után jellemzően a tiszta hőátadási ellenállás 15-25%-a.
A szennyeződési határ mint a vízkeménység függvénye
A szennyeződési határ a víz keménységétől, a csőfal hőmérsékletétől és a tisztítási intervallumtól függ. Az alábbi táblázat összefoglalja a különböző vízkeménységi szintek és tisztítási intervallumok javasolt határértékeit.
| Vízkeménység (mg/l CaCO₃) | Méretezési arány (mm/6 hónap) | Vízkőállóság 6 hónap után | Ajánlott árrés (6 hónapos takarítás) | Ajánlott árrés (12 hónapos takarítás) |
|---|---|---|---|---|
| 50-100 (lágy) | 0,1 mm | 0.00004 m²·K/W | 5% | 10% |
| 100-200 (közepesen kemény) | 0,2 mm | 0.00008 m²·K/W | 10% | 20% |
| 200-300 (kemény) | 0,35 mm | 0.00014 m²·K/W | 18% | 35% |
| 300-400 (nagyon kemény) | 0,5 mm | 0.00020 m²·K/W | 25% | 50% |
| 400-500 (rendkívül kemény) | 0,7 mm | 0.00028 m²·K/W | 35% | 70% |
| 500 felett (sól{1}}szerű) | 1,0 mm | 0.00040 m²·K/W | 50% | 100% |
Az ajánlott határértékek között szerepel a skála hőállósága és a filmellenállás növekedése. A margók nagyobbak a hosszabb tisztítási intervallumok esetén, mert a vízkő vastagsága idővel növekszik.
A csőfal hőmérsékletének hatása
A vízkőlerakódás sebessége a cső falának hőmérsékletével nő. A fal magasabb hőmérséklete növeli a kalcium-karbonát túltelítettségét a cső felületén, és felgyorsítja a lerakódást.
A nagy hőáramú PTFE hőcserélőnél magasabb a csőfal hőmérséklete és nagyobb a skála. A szennyeződési határt növelni kell a magasabb skála arányának figyelembevétele érdekében.
A falhőmérséklet hatás különösen fontos a PTFE hőcserélőkben, mivel a PTFE alacsony hővezető képessége adott hőáram mellett magasabb falhőmérsékletet eredményez, mint egy fém hőcserélő esetében. A fémegységekkel azonos hőáram mellett működő PTFE hőcserélőnek magasabb a falhőmérséklete és nagyobb a lerakódási sebessége.
Az áramlási sebesség hatása
Az áramlási sebesség a cső falán jelentkező nyírófeszültségen keresztül befolyásolja a vízkőlerakódás sebességét. A nagyobb sebesség növeli a nyírófeszültséget, ami csökkenti a vízkő tapadását és a lerakódási sebességet.
A 0,5 m/s sebességgel működő PTFE hőcserélő esetén a skála nagy, és a szennyeződési határnak nagynak kell lennie. Az 1,5 m/s-os hőcserélőnél alacsonyabb a skála, és kisebb lehet a ráhagyás.
A sebességhatás különösen fontos a kemény víz szolgáltatásánál. 1,5–2,0 m/s sebesség javasolt a skála és a szükséges szennyeződési határ csökkentése érdekében.
Gazdasági csere{0}}a szennyeződési árrésből
A szennyeződési határ növeli a hőcserélő tőkeköltségét. A 25%-os árrés hozzávetőlegesen 20-25%-kal növeli a tőkeköltséget. A margó csökkenti a hőáramot is, ami csökkenti a csőfal hőmérsékletét és a skála arányát.
A kompromisszum-a magasabb tőkeköltség, valamint az alacsonyabb tisztítási gyakoriság és energiaköltség között van. A nagyobb árrés csökkenti a tisztítás gyakoriságát és a termelési veszteséget, de növeli a tőkeköltséget.
Az optimális árrés az, amely minimálisra csökkenti a teljes birtoklási költséget az élettartam alatt. A teljes költség magában foglalja a tőkeköltséget, a tisztítási költséget, a termelési veszteség költségét és az energiaköltséget.
A teljes tulajdonlási költség számszerűsítése különböző árrések mellett
A következő táblázat összefoglalja az öt{0}}éves teljes tulajdonlási költséget a különböző szennyeződési határértékek esetén 50 kW hőterheléssel, 300 mg/l vízkeménységgel és 500 USD/óra termelési értékkel.
| Fouling Margin | Felületi terület | Hőáram | Tisztítási intervallum | Tőkeköltség | Éves takarítási költség | Éves termelési veszteség költsége | Öt-éves összköltség |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0% | 20 m² | 2,5 W/cm² | 2 hónap | $28,000 | $9,000 | $12,000 | $133,000 |
| 10% | 22 m² | 2,3 W/cm² | 3 hónap | $30,000 | $6,000 | $8,000 | $100,000 |
| 20% | 24 m² | 2,1 W/cm² | 4 hónap | $32,000 | $4,500 | $6,000 | $84,500 |
| 30% | 26 m² | 1,9 W/cm² | 6 hónap | $35,000 | $3,000 | $4,000 | $70,000 |
| 40% | 28 m² | 1,8 W/cm² | 8 hónap | $38,000 | $2,250 | $3,000 | $64,250 |
| 50% | 30 m² | 1,7 W/cm² | 10 hónap | $41,000 | $1,800 | $2,400 | $62,000 |
| 75% | 35 m² | 1,4 W/cm² | 14 hónap | $48,000 | $1,300 | $1,700 | $63,000 |
Az öt{0}}éves összköltség 40–50%-os szennyeződési határnál minimálisra csökken ennél az alkalmazásnál. A 30%-os árrés megfelelő, de nem optimális. A 75%-os árrés túl-nagyobb, és magasabb a teljes költsége, mint az 50%-os árrés.
Tervezési jellemzők, amelyek csökkentik a szükséges árrést
Számos tervezési jellemző csökkenti a szükséges szennyeződési határt.
Nagyobb áramlási sebesség.A nagyobb sebesség növeli a nyírófeszültséget és csökkenti a skála sebességét. Kemény vízhez 1,5-2,0 m/s sebesség javasolt.
Sima csőfelület.A sima csőfelület csökkenti a vízkőlerakódások tapadását. A cső felületének karcolásoktól és hibáktól mentesnek kell lennie.
Helyezzen-tisztítási rendelkezéseket.A tisztítóoldat betáplálás és visszavezetés csatlakozásai lehetővé teszik a hőcserélő szétszerelés nélküli tisztítását, ami csökkenti a tisztítási költséget és az állásidőt.
Vízlágyítás.A vízlágyító eltávolítja a vízkövet alkotó kalcium- és magnéziumionokat. A lágyítás csökkenti a vízkő arányát és a szükséges szennyeződési határt.
Vízkőgátló adagolás.A lerakódásgátló vegyi anyag csökkenti a lerakódást azáltal, hogy megzavarja a kristálynövekedést. Az inhibitor csökkenti a szükséges szennyeződési határt.
Hőmérséklet szabályozás.A csőfal hőmérsékletének csökkentése csökkenti a skála arányát. Az alacsonyabb hőáram vagy a vékonyabb csőfal csökkenti a fal hőmérsékletét.
Keményvíz-szolgáltatás specifikációs paraméterei
A keményvíz szolgáltatáshoz PTFE hőcserélőt előíró berendezésmérnököknek meg kell erősíteniük a következő paramétereket a szállítóval.
A víz keménysége.Adja meg a kalcium-karbonát koncentrációját a használati vízben.
Üzemi hőmérséklet.Adja meg a maximális üzemi hőmérsékletet és a csőfal hőmérsékletét.
Áramlási sebesség.Adja meg a minimális cső-oldalsebességet. Kemény vízhez 1,5-2,0 m/s sebesség javasolt.
Tisztítási intervallum.Adja meg a várható tisztítási intervallumot és a tisztítási módot.
Fouling margin.Adja meg a szennyeződési határt a víz keménysége és a tisztítási intervallum alapján.
Felületi terület.Adja meg a hőterheléshez szükséges felületet és a szennyeződési határt.
Hőáram.Adja meg a maximális megengedett hőáramot a falhőmérséklet határértéke alapján.
Tisztítási rendelkezések.Adja meg a helyben történő tisztításhoz szükséges-csatlakozásokat és szelepeket.
A szennyeződési határ és a kemény vízviszonyok összehangolása
A keményvizes PTFE hőcserélő szennyeződési határa a víz keménységétől, a csőfal hőmérsékletétől, a tisztítási intervallumtól és az elfogadható teljesítményromlástól függ. A hagyományos 10-20%-os árrés gyakran nem megfelelő. Az ajánlott árrés 20-50% közepesen kemény és nagyon kemény víz esetén, a tisztítási intervallumtól függően.
Az árrést az élettartam alatti teljes birtoklási költség alapján kell kiválasztani. A nagyobb árrés növeli a tőkeköltséget, de csökkenti a tisztítás gyakoriságát és a termelési veszteséget. Az optimális árrés minimalizálja a teljes költséget.
A PTFE hőcserélő opciókat értékelő keményvizű szolgáltató létesítményeknél a szennyeződési határt a beszerzési dokumentumokban kell megadni, és az üzembe helyezéskor ellenőrizni kell. Előfordulhat, hogy a gyártó által megadott alapértelmezett konfiguráció nem tartalmaz megfelelő tartalékot, és az ebből eredő teljesítményromlás a vártnál gyakoribb tisztítást igényelhet.
A kemény vízhez vagy más szennyeződési szolgáltatáshoz szükséges PTFE-hőcserélő specifikációit értékelő berendezésmérnökök és beszerzési szakértők tervezési felülvizsgálatot kérhetnek a vízkeménységre, az üzemi hőmérsékletre, az áramlási sebességre, a tisztítási intervallumra és a szennyeződési határértékre vonatkozóan, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy az egység megfelel-e a létesítmény tényleges vízminőségének és üzemeltetési költségszerkezetének.
