A forró, korrozív folyamatáram 150 fokos. A PTFE, a hőcserélők klasszikus fluorpolimerje teljesen alkalmatlan ezen a hőmérsékleten; meglágyulna és elbukna. A PFA, közeli kémiai rokona, tökéletesen kényelmes. Mindkét anyag kiváló szigetelő, és nyers, belső hővezető képességük közel azonos. A PFA hőcserélő hőgyőzelme 150 fokon nem azért van, mert jobb vezető, hanem egyszerűen azért, mert ezen a hőmérsékleten még szilárd, erős cső, amely olyan hőcserélő feladatot tesz lehetővé, amelyet a PTFE nem is képes megkísérelni. Megértése aPFA vs PTFE hőátbocsátási tényező 150 fokaz összehasonlításhoz a hővezető képesség számán túl kell nézni, és a maximális üzemi hőmérsékletre kell összpontosítani.

Hővezetőképesség: közel azonos szigetelő

Mind a PTFE (politetrafluor-etilén), mind a PFA (perfluor-alkoxi-alkán) hővezető képessége a 0,20–0,25 W/m·K tartományba esik tipikus folyamathőmérsékleten. Ezek az értékek mérnöki szempontból szinte megkülönböztethetetlenek. Ugyanaz a falvastagság (pl. 1 mm egy kis átmérőjű csőnél vagy 2 mm egy nagyobb héj-cső hőcserélőnél) a bármelyik anyagból készült cső vezető hőellenállása lényegében azonos lesz. Ezért a PFA hőcserélő általános hőátbocsátási tényezője (U-értéke) hasonló a PTFE hőcserélőéhez hasonló kialakítású -feltéve, hogy mindkettő a megfelelő hőmérsékleti határokon belül működik.

A PFA kulcsfontosságú, elsöprő előnye a magasabb, 260 fokos folyamatos üzemi hőmérséklete a PTFE merülő fűtőtestek vagy hőcserélők használatára vonatkozó gyakorlati határához képest, amely körülbelül 110-120 fok vizes környezetben (és némileg magasabb bizonyos száraz vagy nem oxidáló körülmények között). Ez lehetővé teszi a PFA hőcserélő számára a folyadékok 150 fokos feldolgozását, sokkal nagyobb logaritmikus középhőmérséklet-különbséget (LMTD) használva ugyanarra a feladatra, ami kisebb és költséghatékonyabb hőcserélőt eredményez. A győzelem nem a vezetőképesség számban van, hanem az anyagnak abban, hogy képes-e megjelenni a harcban.

A PFA nem azzal nyeri meg a termikus csatát, hogy gyorsabb futó, hanem azzal, hogy egyáltalán felengedik a pályára. 150 fokban a PTFE nem versenytárs-már elhagyta a pályát.

Miért nem használható a PTFE 150 fokban hőcserélőben?

Mechanikus lágyítás és kúszás

A PTFE kb. 110-120 fok felett kezd meglágyulni és elveszti a mechanikai szilárdságát folyamatos merítés közben. Míg a PTFE elméleti olvadáspontja 327°, addig körülbelül 19°-nál kristályos fázisátalakuláson megy keresztül, majd 30°-on egy másikat, és 100° felett az amorf régiók egyre mozgékonyabbá válnak. Egy hőcserélőben, ahol a csövek belső nyomásnak, külső nyomásnak és hőtágulási feszültségnek vannak kitéve, a PTFE csövek 150 fokos szögben kúsznak, deformálódnak, és végül összeesnek vagy elszakadnak. Az anyag magas hőtágulási együtthatóval is rendelkezik (körülbelül 10-szerese az acélénak), ami a cső túlzott megereszkedéséhez és mechanikai kifáradáshoz vezet magas hőmérsékleten.

Gyakorlati tapasztalat

A helyszíni tapasztalatok és a gyártói irányelvek a PTFE hőcserélő csövek biztonságos folyamatos működési határát 110 fokban határozzák meg a legtöbb korrozív vizes szolgáltatás esetén. A 120 fokig terjedő rövid kirándulások esetén egyes tervek elfogadhatók lehetnek, de a 150 fok határozottan kívül esik a biztonságos határon. Ezzel szemben a PFA megőrzi mechanikai integritását és kémiai ellenállását 260 fokig, anélkül, hogy fázisátalakulást okozna, ami dimenzióinstabilitást okozna.

A teljes hőátbocsátási együttható (U-érték) 150 fokon

Hasonló U-érték egyenértékű tervezésnél

Egy hipotetikus forgatókönyv esetén, amikor a PTFE 150 fokban is fennmarad, egy PFA hőcserélő és egy azonos geometriájú PTFE hőcserélő U-értéke (csőátmérő, falvastagság, csőelrendezés és folyadéksebesség) közel azonos lenne. A csőfal vezetőképességi ellenállása csak az egyik összetevője a teljes hőellenállásnak. A többi összetevő -csőoldali konvekciója, héjoldali konvekciója és eltömődési ellenállása-azonos folyadéktulajdonságok és sebességek esetén azonos. Mivel a PTFE és a PFA hővezető képessége gyakorlatilag azonos, az U-érték kevesebb, mint 5%-kal tér el.

Gyakorlati előny: Nagyobb LMTD

Mivel a PTFE nem tud 150 fokon működni, a gyakorlati összehasonlítás nem két azonos hőmérsékletű anyag között van. Ehelyett egy PFA hőcserélő használható egy 150 fokos patak hűtésére, például 30 fokos hűtővízzel, ami körülbelül 80-100 fokos LMTD-t eredményez. Egy PTFE hőcserélő, amely 110 fokos melegoldali bemeneti hőmérsékletre korlátozódik, ugyanannak a hűtővíznek az LMTD-je csak 40-50 fok. Ugyanennek a hőteljesítménynek a átviteléhez a PTFE hőcserélőnek nagyjából kétszer akkora felületre lenne szüksége,{11}}ha egyáltalán működhetne. A valóságban a PTFE opció egyszerűen nem elérhető ilyen magas hőmérsékleten.

Gyakorlati kiválasztási irányelvek

Következtetés: A túlélés mint döntő tényező

A PFA és a PTFE hőcserélő összehasonlítása magas hőmérsékleten egyszerű túlélés kérdése, nem pedig a nyers hőteljesítmény. 150 fokon a PTFE meglágyul, kúszik és tönkremegy, míg a PFA erős, stabil és kémiailag inert marad. A két anyag teljes hőátbocsátási tényezője azonos falvastagság mellett közel azonos, de ez a tény lényegtelen, mivel a PTFE nem használható ezen a hőmérsékleten. A PFA a termikus bajnok egyszerűen azért, mert bírja a hőt. A legjobb anyag az, amely még áll a folyamat hőmérsékletén, és 150 fokos korrozív anyagáram esetén a PFA az az anyag.