چالش محاسبه در فضای باز
یک مبدل حرارتی PTFE که در خارج از منزل نصب می شود، دمای محیط را تجربه می کند که بین روز و شب بین 15-20 درجه و بین تابستان و زمستان 30-40 درجه تغییر می کند. اتلاف گرما از مبدل و لوله های متصل کننده آن به محیط به نسبت متفاوت است. طرحی که فقط میانگین دمای زمستان را در نظر میگیرد ممکن است در طول یک ضربه سرد کمتر از اندازه باشد. طراحی برای ظرفیت اتلاف حداقل دمای شدید در طول عملیات عادی.
محاسبه تلفات حرارتی باید هم میانگین اختلاف دما باعث اتلاف گرما شود و هم اتلاف پیک که حداکثر ظرفیت مورد نیاز مبدل را تعیین می کند. همچنین باید خطر یخ زدگی را در هنگام خاموش شدن، زمانی که گرما وارد نمی شود و مبدل تا دمای محیط خنک می شود، برطرف کند.
بر خلاف مبدل های فلزی، PTFE دارای حاشیه ایمنی در برابر آسیب یخ زدگی است. فلوئوروپلیمر منعطف انبساط آب یخ زده را بدون شکستگی میسازد- خاصیتی که بر استراتژی محافظت در برابر یخ زدگی تأثیر میگذارد.
اجزای اتلاف حرارت
اتلاف حرارت ناشی از نصب مبدل حرارتی PTFE در فضای باز دارای سه جزء است. از دست دادن بدنه مخزن یا مبدل از سطوح در معرض مخزن یا پوسته مبدل به هوای محیط رخ می دهد. میزان تلفات به مساحت سطح، تفاوت دمایی بین سیال فرآیند و هوای محیط و ضریب انتقال حرارت کلی از طریق هر عایق به اضافه لایه هوای خارجی بستگی دارد.
از دست دادن لولههای متصل از بالای{0}}لولهکشی زمین بین مبدل و فرآیند رخ میدهد. حتی با عایق کاری، هر متر لوله باعث اتلاف حرارت قابل اندازه گیری می شود. مجموع تلفات لوله کشی به طول لوله در معرض و اختلاف دما بستگی دارد.
افزایش تلفات باد{0}}ضریب انتقال حرارت خارجی را افزایش میدهد. باد با سرعت 5 متر بر ثانیه می تواند اتلاف گرما را در مقایسه با هوای ساکن دو برابر کند. داده های باد برای محل نصب باید در محاسبه تلفات حرارتی لحاظ شود.
جدول 1: ضرایب محاسبه تلفات حرارتی بر اساس شرایط محیطی (سیال فرآیند 50 درجه، سطح در معرض 10 متر مربع، عایق پشم معدنی 25 میلی متر)
| وضعیت محیط | اختلاف دما (درجه) | سرعت باد (m/s) | ضریب فیلم خارجی (W/m²·K) | تلفات حرارتی (کیلو وات) | درصد وظیفه طراحی (75 کیلو وات) |
|---|---|---|---|---|---|
| بعد از ظهر تابستان (35 درجه، هنوز) | 15 | 0.5 | 5 | 1.2 | 1.6% |
| شب تابستان (22 درجه، هنوز) | 28 | 0.5 | 5 | 2.2 | 2.9% |
| بعد از ظهر زمستانی (10 درجه، وزش باد) | 40 | 3 | 12 | 4.8 | 6.4% |
| شب زمستانی (-5 درجه، نسیم) | 55 | 3 | 12 | 6.6 | 8.8% |
| باد سرد (-20 درجه، باد) | 70 | 8 | 22 | 12.3 | 16.4% |
| حداقل شدید (-30 درجه، باد) | 80 | 8 | 22 | 14.1 | 18.8% |
مقادیر تلفات حرارتی برای سطح مخزن عایق نشده 4-6 برابر بیشتر است. عایق کاری برای نصب در فضای باز ضروری است.
بهینه سازی عایق
محاسبات تلفات حرارتی انتخاب ضخامت عایق را راهنمایی می کند. بهینه اقتصادی هزینه عایق ضخیم تر را در مقابل ارزش انرژی ذخیره شده در طول عمر تجهیزات متعادل می کند. برای نصب در فضای باز در آب و هوای سرد، محاسبه اغلب منجر به ضخامت عایق 50-75 میلی متر می شود.
عایق باید ضد آب باشد. عایق در فضای باز که در معرض باران، برف و اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرد به سرعت بدون روکش محافظ تخریب می شود. روکش آلومینیومی یا فولادی ضد زنگ از عایق محافظت می کند و سطحی بادوام و قابل تمیز فراهم می کند. برای جلوگیری از نفوذ آب، که کارایی عایق را از بین می برد، همه اتصالات باید آب بندی شوند.
مبدل های PTFE یک چالش عایق خاصی را در اتصالات فلنج و نقاط دسترسی هدر ارائه می دهند. سیستم عایق باید امکان دسترسی دوره ای را برای بازرسی و نگهداری بدون آسیب در حین جابجایی و تعویض فراهم کند. پتوهای عایق قابل جابجایی در این مکان ها دسترسی لازم را فراهم می کنند.
استراتژی حفاظت از یخ زدگی
هنگامی که یک مبدل حرارتی PTFE در فضای باز در زمستان خاموش می شود، سیال فرآیند محبوس شده در داخل لوله ها می تواند یخ بزند. آب با انجماد تقریباً 9٪ منبسط می شود و فشاری ایجاد می کند که می تواند لوله ها و مخازن سفت و سخت را شکافته کند.
لوله های PTFE انبساط یخ را بدون شکستگی در خود جای می دهند. ازدیاد طول ماده در هنگام شکست بیش از 200٪ است و انعطاف پذیری آن در دماهای پایین-PTFE تا -200 درجه انعطاف پذیر باقی می ماند - به لوله اجازه می دهد تا با آب یخ زده منبسط شود. با این حال، هدرهای فلزی، فلنجها و لولههای اتصال متصل به مبدل PTFE از این تحمل انجماد مشترک نیستند.
بنابراین استراتژی حفاظت از یخ زدگی بر روی اجزای فلزی تمرکز دارد. ردیابی حرارتی لولههای فلزی در معرض، هدرها و شیرها از یخ زدگی در هنگام خاموش شدن جلوگیری میکند. خود لولههای PTFE نیازی به محافظت در برابر یخ ندارند، اگرچه مایع درون لولهها باید تخلیه شود یا در صورت وجود شرایط انجماد به آرامی اجازه گردش داده شود.
خلاصه
نوسانات دمای محیط بر روی نصب مبدل حرارتی PTFE در فضای باز از طریق تلفات حرارتی متغیر تأثیر می گذارد که باید با اندازه مبدل سازگار شود. ضخامت عایق برای آب و هوای محلی بهینه شده است و روکش ضد آب برای دوام ضروری است. اثرات باد بر اتلاف حرارت قابل توجه است و باید در محاسبات لحاظ شود.
لوله های PTFE انبساط یخ زدگی را بدون آسیب تحمل می کنند و محافظت ذاتی را در برابر شدیدترین پیامد خاموشی های زمستانی ارائه می دهند. تلاش های محافظت در برابر یخ زدگی بر روی اجزای سیستم فلزی متصل به مبدل PTFE متمرکز است.
توصیههای مهندسی برای طراحی عایق مبدل حرارتی PTFE در فضای باز و طراحی حفاظت در برابر یخ زدگی پس از ارائه دادههای هواشناسی سایت، ویژگیهای سیال فرآیند، پروفایلهای دمای عملیاتی و خاموشی، و طرحبندی لولهکشی در دسترس هستند.
