Hogyan válasszuk ki a megfelelő számú terelőelemet alacsony héjú{0}}oldaláramlású PTFE hőcserélőhöz?

A forró maró hatású termékáramot csak egy csekély mennyiségű hűtővízzel lehet lehűteni. Egy tipikus héj- és csőcserélőben ez az alacsony héjoldali áramlás lustán lebeg a szélesen elhelyezett terelőlemezeken, ami pangásos zónákat és rossz hőátadást okoz. Ezért a terelőlemez kialakítását pontosan be kell állítani, hogy ebből a korlátozott áramlásból minden rendelkezésre álló hőteljesítmény-egység elérhető legyen.

Az alacsony átfolyású PTFE hőcserélő tervezésének mérnöki problémája a nyomásesés és a hőátadás közötti pontos egyensúly. A túl sok terelőlemez megfojthatja az áramlást, és túlterhelheti a kis keringető szivattyút. Ha túl kevés, akkor a hőcserélő hidraulikusan csendes, de termikusan hatástalanná válhat.

Miért fontosak a terelőlemezek a PTFE hőcserélőkben?
A terelőlapok számos fontos feladatot látnak el a héj- és csőcserélőn belül:

Áramlásirányítás a csőköteg fölött a héj oldalán

Továbbfejlesztett turbulencia és hőátadás

Rugalmas PTFE csövek támogatása

Holtáramlási régiók csökkentése

A csővibráció elkerülése

A PTFE hőcserélőkben a terelőlemezek kialakítása sokkal fontosabb, mivel a PTFE csövek mechanikailag rugalmasak, szemben a fémcsövekkel. A megfelelő támasztávolság segít fenntartani a köteg geometriáját és szabályozni a folyadék áramlási viselkedését.

Alacsony áramlási körülmények között a hőcserélő hatásfoka meglehetősen érzékeny a terelőlemez távolságára és elrendezésére.

Hagyományos szegmentális ütközési kompromisszum
A legtöbb hagyományos héj- és csőcserélő szegmenses terelőlemezeket használ. Ezek a szeletelt lemezek részben arra késztetik a héj oldali folyadékot, hogy cikkcakk módon, gyakran áthaladjon a csőkötegen.

Ez a kialakítás nagy keresztáram{0}}sebességet eredményez, és fokozza a turbulenciát.

A terelőlemezek egymáshoz közel helyezkedtek el
Ha több terelőlemez van beállítva kis távolságra:

A héj oldali sebességének növekedése

A hőátbocsátási tényező nő

A hőteljesítmény javítása

Javíthatja a szennyeződés ellenállását

A folyadékot felgyorsítják és többször átforgatják a kötegben, ami erőteljesebb keveredést okoz a csövek körül.

De ennek ára van.

A nyomásesés gyorsan emelkedik
A héj oldalán a szorosan elhelyezett terelőlemezek használata megnövekedett hidraulikus ellenállást eredményez alacsony általános áramlási sebesség mellett.

Az eredmény a következőket tartalmazhatja:

Nagy nyomásesés.

Kevesebb általános keringés

Szivattyú túlterhelés

Flow éhezés

Instabil működés

Súlyos körülmények között előfordulhat, hogy a mellékelt szivattyúfej egyáltalán nem elegendő a héj{0}}oldali keringés jelentőségéhez.

A probléma a nem elég zavarókkal
Kevesebb terelőlappal kisebb az ellenállás, és a folyadék könnyebben áramlik át a héjon.

Ez a módszer csökkenti:

Nyomásvesztés

A szivattyúzás követelményei

Az áramlás korlátozása

Sajnos a hőteljesítmény általában ezzel egyidőben romlik.

Lamináris áramlás alacsony sebességgel
Ha a terelőlemezek széles körben vannak elhelyezve, a sebesség a héj oldalán nagyon alacsony lehet. Ebben az esetben az áramlás túlnyomórészt lamináris lehet, és nem turbulens a keresztáramban-.

Most mi történik:

Alacsony hőátbocsátási tényező

Termikus rétegződés

Holt területek

Szilárd anyagok ülepedése

A szennyeződések felhalmozódása-

Ehelyett a folyadék lassan kanyaroghat át a nyitott területeken, kis keveredés mellett, ahelyett, hogy hatékonyan söpörné végig a köteget.

Ezek az álló zónák különösen zavaróak lehetnek a korrozív vagy szilárd anyagokat{0}}szállító szolgáltatásoknál.

Miért kell másképp kezelni a kis-átfolyású PTFE hőcserélőket?
Mivel a PTFE csövek rugalmasak, a terelőlemezek elrendezése jobban testreszabható, mint a kemény fém csőkötegeknél.

A PTFE kötegeket a következőképpen lehet összeállítani:

CustomSpacer geometriák

Állítható terelőlap távolság

Nem szabványos{0}}támogatási megállapodások

Áramlási utak spirál

Ez a sokoldalúság nagyon érdekessé teszi a különböző terelőlemez-koncepciókat az alacsony áramlású alkalmazásokban.

Helikális terelőlapok – kortárs megoldás
A spirális terelőlemez-kialakítás a tipikus szegmentális terelőlemezek új alternatívája.

Ahelyett, hogy a folyadékot éles cikk-cakk kereszt{0}}áramlási mintákon keresztül kényszerítenék, a spirális terelőlemezek a héj-oldalsó áramlását egy folyamatos spirális úton vezetik át a hőcserélőn.

A spirális terelőlapok gyenge, kanyargós patakot vesznek fel, és kellemes, koncentrált spirállá alakítják.

Hogyan javítja a helikális áramlás a teljesítményt
Ennek a spirális mozgásnak számos jelentős előnye van:

Egyenletesebb sebesség a héj oldalán

Kevésbé statikus területek

Könnyebb a hidraulikus áramlás

Alacsonyabb nyomásveszteség

Jobb hőeloszlás

A folyadék folyamatosan áramlik a köteg mentén dugószerű-áramlás-szerűen, gyorsulás és lassulás nélkül.

Ez a korlátozott áramlási energia hatékonyabb felhasználását eredményezi.

Helix Angle és miért számít?
A spirális terelőlemez hőcserélő teljesítménye meglehetősen érzékeny a spirálszögre.

A tipikus spirálszögek a következők:

15 fok

25 fok

35 fok

Akár 45 fok

Csökkentett spirálszögek
Egy hosszú,-emelkedésű spirál alacsonyabb szöggel a következőket eredményezi:

Simább áramlásvezetés

Csökkentett nyomásesés

Hosszabb áramlási utak

Mérsékelt áramlási sebesség kereszt

Ez az elrendezés általában előnyös az alacsony átfolyású PTFE hőcserélőknél.

Nagyobb spirálszögek
Magasabb spirális szögek (meredekebb):

Keresztáramlás intenzitása

Helyi turbulencia.

Hőátbocsátási tényező

De a nyomáscsökkenés is arányosan növekszik.

Ezért az optimális szög kompromisszum a termikus munkaterhelés és a rendelkezésre álló szivattyúzási kapacitás között.

Szegmentális és spirális terelőlemez-tervek összehasonlítása
A működésbeli eltérések jobban láthatóak, ha a két megközelítést közvetlenül összehasonlítjuk.

Funkció Szegmentális terelőlapok Terelők, spirális
Áramlási minta Kereszt-áramlási cikk-cakk Spirál, folyamatos
Nyomásesés Nagyobb Kisebb
A holt zónák száma csökkenthető
Alacsony áramlási teljesítmény Jobb gyakran Gyenge
Elszennyeződési hajlam Közepestől magasig Alacsony
Sebességeloszlás Egyenlőtlenebb Egyenlőbb
A spirális elrendezés jobb kompromisszumot jelent a hidraulikus és a termikus teljesítmény között a stabilitás szempontjából számos alacsony áramlású szolgáltatásnál.

Tervezési szempontok – gyakorlati
sok terelőlemez alacsony áramlású PTFE hőcserélő konfigurációja sok szempontot figyelembe kell venni annak meghatározásakor.

Szivattyúfej eladó
A legnagyobb elfogadható terelőlemez-ellenállást a keringtető rendszer héjoldali nyomási képességei korlátozzák.

Szennyezési lehetőség
Az álló zónákat minimálisra csökkentő kialakítások kívánatosak a szilárd anyagokat-hordozó vagy kristályosodó folyadékok esetében.

Hőterhelési előírások
A nagyobb szükséges hőátadási sebesség szorosabb áramlásvezetést tehet szükségessé.

PTFE csőtartó
A PTFE csövek azonban hajlékonyak, és a tartó távolságának továbbra is elég jónak kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a túlzott elhajlást vagy vibrációt.

Hozzáférés a karbantartáshoz
A kevésbé bonyolult, nyitottabb terelőlemez-konfigurációk jobb hozzáférést biztosítanak a tisztításhoz a szennyeződésre hajlamos{0}}alkalmazásokban.

Amikor a szabványos kivitelek nem működnek
A szabványos héj- és csőelrendezéseket általában mérsékelt és nagy héj{0}}oldali áramlási sebességre tervezték. Ezek a hasonló geometriák rosszul működhetnek gyenge cirkulációs körülmények között.

A kudarc tipikus tünetei a következők:

Nem megfelelő hűtőteljesítmény

Magas kimeneti hőmérséklet

Túlnyomás csökkentése

Szilárd betét

Áramláseloszlás inhomogenitása

Az optimalizált belső áramláskezelés előnye lényegesen nagyobb az alacsony{0}}áramlású PTFE-rendszerekben.

Összegzés
Alacsony héjoldali áramlású alkalmazásoknál a terelőlemezek megfelelő kiválasztása az egyik legfontosabb szempont a PTFE hőcserélő teljesítményének meghatározásában. A hagyományos szegmentális terelőlapok kemény kompromisszumot képviselnek: a szorosan elhelyezett terelőlemezek jó hőátadást, de jelentős nyomásveszteséget biztosítanak, míg a szélesen elhelyezett terelőlapok minimalizálják az ellenállást, de lehetővé teszik a gyenge, rosszul kevert áramlási mintákat.

A spirális terelőlemezek kiegyensúlyozottabb megoldást jelentenek, mivel a héj-oldalsó folyadékot enyhe spirális úton vezetik, amely fenntartja a sebességet, de csökkenti a hidraulikus veszteségeket és a stagnálási zónákat. Sok kis-áramlású alkalmazásban a hosszú-emelkedésű, spirális elrendezés jobb általános teljesítményt nyújt a hagyományos szegmentális kialakításokhoz képest.

A PTFE csőkötegek támasztávolságának és belső geometriájának rugalmassága lehetővé teszi, hogy ezeket a hőcserélőket olyan nehéz, alacsony áramlású szolgáltatásokhoz igazítsák, ahol a hagyományos kialakítások kudarcot vallanak.

A termikus rendszer tervezésénél nem mindig az a leghatékonyabb megoldás, amelyik a legerősebben nyomja a folyadékot. Néha a legjobb teljesítmény az, ha lágyan és folyamatosan abba az irányba tereli az áramlást, amerre menni akar.