Az átmérő{0}}hőátviteli kapcsolat
A PTFE hőcserélő cső belsejében lecsapódó gőz vékony kondenzátumréteget képez a belső falon. A film a gravitáció és a gőzáramból származó nyírófeszültség hatására a cső mentén folyik. Ennek a filmnek a vastagsága határozza meg a belső hőátbocsátási tényezőt,-minél vastagabb a film, annál nagyobb a hőellenállás a gőz és a csőfal között.
A film vastagsága a kondenzátum áramlási sebességétől, a cső átmérőjétől és a cső tájolásától függ. Adott kondenzátumterheléshez egy kisebb átmérőjű cső vastagabb filmréteggel rendelkezik (a kondenzátum a keresztmetszet nagyobb hányadát foglalja el) és kisebb a belső hőátbocsátási tényezője. A nagyobb átmérőjű cső vékonyabb filmmel és nagyobb együtthatóval rendelkezik.
A nagyobb átmérőjű csövek gőzsebessége azonban kisebb azonos tömegáram mellett, ami csökkenti a nyírófeszültséget, amely elősegíti a kondenzátum mozgását. A kisebb nyírófeszültség vastagabb filmréteget eredményezhet a csőkimenet közelében, ami részben ellensúlyozza az átmérő előnyeit. Az optimális csőátmérő kiegyensúlyozza ezeket a versengő hatásokat.
A filmvastagság számítása
A vízszintes cső belső falán lévő lamináris kondenzátum áramlásnál a film vastagsága: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), ahol μ a kondenzátum viszkozitása, Γ a kondenzátum cső kerülete térfogatáram, szélesség ρ a kondenzátum cső térfogatáram egységenként. ρ_v a gőz sűrűsége, g pedig a gravitáció.
A kondenzátum áramlási egységnyi szélessége: Γ=m_cond / (π × D), ahol m_cond a kondenzátum tömegárama csövenként, D pedig a cső belső átmérője. A nagyobb átmérő ugyanazt a kondenzátumáramot nagyobb kerületre teríti, csökkenti a Γ-t és elvékonyítja a filmet.
Egy 1,5 kg/h kondenzátumot szállító 10 mm-es belső átmérőjű cső esetében a filmvastagság a cső kimeneténél körülbelül 0,15 mm. Egy 6 mm-es átmérőjű, azonos kondenzátumterhelésű cső esetén a film vastagsága körülbelül 0,22-50%-kal vastagabb. A belső hőátbocsátási tényező 1/δ-val arányos, így a kisebb cső körülbelül 30%-kal alacsonyabb belső tényezővel rendelkezik.
| Cső azonosító (mm) | Kondenzátum terhelés (kg/h) | Filmvastagság a kimenetnél (mm) | Belső h (W/m²·K) | Az áthidalás veszélye |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Közepes (kis átmérőjű) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Alacsony |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Alacsony |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Nagyon alacsony |
Vízszintes cső, lamináris film, 3 barg telített gőz értékei.
A kondenzátum áthidaló kockázata
A vízszintes csövekben a kondenzátum a cső alján folyik. Ha a filmréteg vastagsága túl nagy lesz a cső átmérőjéhez képest, a kondenzátum egy bizonyos ponton áthidalhatja a csövet, -kitöltve a teljes keresztmetszetet{2}}. Ez egy folyadékcsomót hoz létre, amely blokkolja a gőz áramlását, és vízkalapácsot okoz, amikor a csigát a gőznyomás meghajtja.
Az áthidalás veszélye a csőátmérő csökkenésével és a kondenzátum terhelés növekedésével nő. A 6 mm-es belső átmérőjű csövek esetében az áthidalás aggodalomra ad okot nagy kondenzátumterhelés esetén (csövenként körülbelül 2 kg/h felett). A 10 mm-es belső átmérőjű csövek esetében az áthidalás nem valószínű a hőcserélő üzemeltetéséhez szükséges tipikus kondenzátumterhelés mellett (0,5-3 kg/h csövönként). A vízszintes gőzfűtésű csövek ajánlott minimális átmérője 8 mm, hogy megfelelő távolságot biztosítson az áthidalás ellen.
A tervezési ajánlás
A legtöbb PTFE hőcserélő alkalmazásnál a 8-10 mm-es (OD 10-12 mm 1 mm-es falú) cső átmérője jó egyensúlyt biztosít a belső hőátadás, a kondenzátum elvezetés és az áthidalással szembeni ellenállás között. Kisebb csövek (6 mm-es átmérőjű) használhatók alacsony kondenzátumterheléshez vagy függőleges tájoláshoz, ahol a gravitáció elősegíti a vízelvezetést, és az áthidalás nem jelent gondot. A nagyobb csövek (12 mm-es átmérő felett) jobb belső hőátadást biztosítanak, de növelik a cső költségét és csökkentik a felület sűrűségét.
Összegzés
A cső átmérője befolyásolja a kondenzátumréteg vastagságát és a belső hőátadási tényezőt a PTFE hőcserélőben. A kisebb átmérők vastagabb filmeket és alacsonyabb belső együtthatókat eredményeznek, és növelik a kondenzátum áthidalás kockázatát. Vízszintes csövekhez 8-10 mm-es cső átmérője javasolt. A függőleges csövek kisebb átmérőt is használhatnak, mert a gravitáció megakadályozza az áthidalást. Az optimális átmérő egyensúlyban tartja a belső hőátadást, a vízelvezetés megbízhatóságát és a felületi sűrűséget.
A PTFE csőátmérő kiválasztásának műszaki támogatása a csövönkénti kondenzátumterhelés, a cső tájolása, a gőznyomás és a szükséges hőterhelés megadásával érhető el.
