کسر خشکی که کیفیت بخار را تعیین می کند
یک مرکز رنگرزی با دمای بالا که با دستگاه رنگرزی پرتوی تحت فشار در دمای 130 درجه کار می کند، بخار را از دیگ مرکزی 8 بار دریافت می کند که دمای اشباع شده 170 درجه را فراهم می کند. بخار از طریق یک شبکه لوله کشی که شامل چند صد متر لوله، چندین شیر و عایق است که ممکن است آسیب دیده یا از بین رفته باشد، توزیع می شود.
کیفیت بخار در خروجی دیگ معمولا 0.98-0.99 است. همانطور که بخار از طریق شبکه لوله کشی حرکت می کند، گرما را به محیط از دست می دهد و مقداری از بخار متراکم می شود. میعانات به همراه بخار به عنوان قطرات حباب شده حمل می شود و کسر خشکی کاهش می یابد. در ورودی مبدل حرارتی، بسته به طول لوله و شرایط عایق، کسر خشکی ممکن است 0.92-0.96 باشد.
قطرات میعانات به دو صورت بر انتقال حرارت تأثیر می گذارد. قطرات به سطح لوله برخورد کرده و باعث خنک شدن موضعی می شوند که استرس حرارتی ایجاد می کند. قطرات همچنین گرمای نهان موثر بخار را کاهش می دهند، زیرا قسمت مایع وقتی بیشتر متراکم می شود، گرمای نهان را آزاد نمی کند. نتیجه سرعت انتقال حرارت کمتر و مصرف بخار بیشتر برای همان بار گرمایی است.
اثر انتقال حرارت کسر خشکی
ضریب انتقال حرارت در سمت بخار به مکانیسم تراکم بستگی دارد. با بخار خشک، تراکم به صورت لایه ای است و ضریب انتقال حرارت بالا است، معمولاً 5000-10000 W/m²·K. با بخار مرطوب، قطرات حباب شده فیلم میعان را مختل می کنند و یک رژیم انتقال حرارت پیچیده تری ایجاد می کنند. ضریب انتقال حرارت کمتر است، معمولاً 3000-6000 W/m²·K.
ضریب پایین‌تر بخار{0}}فیلم جانبی، مقاومت حرارتی کلی را افزایش می‌دهد و ضریب انتقال حرارت کلی را کاهش می‌دهد. برای یک مبدل حرارتی PTFE با مقاومت دیواره لوله 0.0032 m²·K/W و ضریب فیلم جانبی-1000 W/m²·K، ضریب کلی با بخار خشک تقریباً 230 W/m²·K است. با بخار مرطوب، ضریب کلی به حدود 210 W/m²·K کاهش می یابد، کاهش 9٪.
کاهش ضریب کلی نیاز به سرعت جریان بخار بالاتر یا دمای بخار بالاتر برای ارائه بار گرمایی یکسان دارد. دبی بخار بالاتر مصرف بخار و هزینه عملیاتی را افزایش می دهد.
خطر چکش آب در کسر خشکی کم
چکش آبی جدی ترین پیامد کیفیت پایین بخار است. هنگامی که کسر خشکی به زیر 0.90 می رسد، میعانات حباب شده می تواند در نقاط پایین لوله و مبدل حرارتی جمع شود. هنگامی که سرعت بخار افزایش می یابد، میعانات انباشته شده با سرعت بالا از طریق سیستم رانده می شود و به ورق لوله، لوله پشتیبانی می کند و لوله به پایان می رسد.
نیروی ضربه می تواند چندین برابر فشار استاتیک بخار باشد و باعث آسیب مکانیکی به قطعات PTFE شود. اتصالات لوله-به-لوله به ویژه آسیب پذیر هستند زیرا مکان هایی هستند که لوله ها محدود شده اند و غلظت تنش بالاترین است.
در خدمات رنگرزی در دمای بالا، خطر چکش آب با عملکرد متناوب ماشین‌های رنگرزی افزایش می‌یابد. هنگامی که یک ماشین راه اندازی می شود، شیر بخار به سرعت باز می شود و سرعت بخار به طور ناگهانی افزایش می یابد. افزایش ناگهانی سرعت می تواند میعانات انباشته شده را از طریق مبدل حرارتی عبور دهد و باعث ایجاد چکش آب شود.
اثر تخریب دیواره لوله
قطرات میعانات همچنین بر میزان تخریب دیواره لوله تأثیر می گذارد. قطرات به سطح لوله برخورد کرده و باعث خنک شدن موضعی می شوند که استرس حرارتی ایجاد می کند. چرخه حرارتی مکرر از برخورد قطرات می تواند باعث ترک خوردگی خستگی در دیواره لوله PTFE شود.
برخورد همچنین لایه محافظ میعانات را که معمولاً سطح لوله را می پوشاند از بین می برد. حذف لایه میعانات، PTFE را در معرض بخار و ترکیب شیمیایی میعانات قرار می دهد، که ممکن است حاوی گونه های خورنده از تصفیه آب دیگ باشد.
نرخ تخریب با بار میعانات افزایش می یابد. کسر خشکی 0.95 نرخ تخریب بالاتری نسبت به کسری خشکی 0.98 ایجاد می کند، همه عوامل دیگر برابر هستند.
کمی سازی اثر کسر خشکی بر عملکرد
جدول زیر عملکرد انتقال حرارت و خطر چکش آب در کسرهای مختلف خشکی را برای یک مبدل حرارتی PTFE در خدمات رنگرزی با دمای بالا در 130 درجه با بخار در 8 بار خلاصه می‌کند.
| کسر خشکی | بخار{0}}ضریب فیلم جانبی | ضریب کلی | افزایش مصرف بخار | خطر چکش آب | نرخ تخریب دیوار لوله |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.99 | 8,000 W/m²·K | 235 W/m²·K | پایه | خیلی کم | خیلی کم |
| 0.97 | 6,500 W/m²·K | 225 W/m²·K | +4% | کم | کم |
| 0.95 | 5,000 W/m²·K | 210 W/m²·K | +12% | متوسط | متوسط |
| 0.92 | 3,800 W/m²·K | 195 W/m²·K | +21% | بالا | بالا |
| 0.90 | 3,000 W/m²·K | 180 W/m²·K | +31% | خیلی بالا | خیلی بالا |
| 0.85 | 2,200 W/m²·K | 160 W/m²·K | +47% | افراطی | افراطی |
افزایش مصرف بخار جریان بخار اضافی مورد نیاز برای تحویل بار گرمایی یکسان در مقایسه با مورد کسر خشکی 0.99 است. خطر چکش آب و نرخ تخریب دیواره لوله ارزیابی های کیفی بر اساس بار میعانات و انرژی برخورد هستند.
ویژگی های طراحی که کیفیت بخار پایین را کاهش می دهد
چندین ویژگی طراحی اثرات کیفیت پایین بخار را کاهش می دهد.
جداکننده بخار.یک جداکننده بخار نصب شده در بالادست مبدل حرارتی، قطرات میعانات را حذف می کند و کسر خشکی را افزایش می دهد. جداکننده معمولاً یک دستگاه گریز از مرکز یا بافل- است که برای سرعت جریان بخار اندازه می‌شود.
تله بخار.یک تله بخار با اندازه مناسب در خروجی مبدل حرارتی، میعانات انباشته شده در پوسته را حذف می کند. اندازه تله باید برای بار میعانات در کمترین کسری خشکی باشد.
زهکشی جاذبه.مبدل حرارتی باید با شیب پیوسته رو به پایین از ورودی بخار تا خروجی میعانات نصب شود. باید از نقاط پایینی که میعانات در آنها تجمع می یابد اجتناب کرد.
صفحه برخورد.یک صفحه برخوردی در مقابل ورودی بخار، ضربه جت بخار و قطرات حباب شده را جذب می کند. صفحه از ورق لوله محافظت می کند و انتهای لوله از آسیب چکش آب محافظت می کند.
لوله کشی عایق.عایق کاری لوله های بخار باعث کاهش اتلاف حرارت و سرعت تراکم می شود. عایق باید در شرایط خوبی نگهداری شود تا کاهش کسر خشکی به حداقل برسد.
باز شدن آهسته دریچه بخارباز کردن آهسته دریچه بخار در هنگام شروع{0}}افزایش سرعت بخار و خطر چکش آب را کاهش می دهد. یک سوپاپ آهسته باز-یا یک ترتیب بای پس برای گرم کردن-توصیه می‌شود.
مقایسه گزینه های کنترل کیفیت Steam
جدول زیر کارایی و هزینه گزینه های مختلف کنترل کیفیت بخار برای مبدل حرارتی PTFE در خدمات رنگرزی با دمای بالا را خلاصه می کند.
| گزینه کنترل | بهبود کسر خشکی | هزینه سرمایه | هزینه عملیاتی سالانه | کاهش خطر چکش آب | دوره بازپرداخت |
|---|---|---|---|---|---|
| بدون کنترل | پایه | $0 | $0 | پایه | قابل اجرا نیست |
| جداکننده بخار | +0.03 به +0.05 | $8,000–15,000 | $500–1,000 | 60–80% | 12-24 ماه |
| عایق بهبود یافته | +0.02 به +0.04 | $5,000–12,000 | $200–500 | 40–60% | 12-36 ماه |
| زهکشی جاذبه | +0.01 به +0.02 | $2,000–5,000 | $0 | 30–50% | 6-18 ماه |
| صفحه برخورد | بدون تغییر | $1,500–3,000 | $0 | 50–70% | 6-12 ماه |
| آهسته-باز کردن شیر | بدون تغییر | $1,000–2,500 | $0 | 40–60% | 3-9 ماه |
| جداکننده و عایق ترکیبی | +0.05 به +0.08 | $12,000–25,000 | $700–1,500 | 80–95% | 12-30 ماه |
دوره بازپرداخت بر اساس کاهش مصرف بخار و کاهش خطر چکش آب محاسبه می شود. گزینه جداکننده و عایق ترکیبی بیشترین پیشرفت و کوتاه ترین دوره بازپرداخت را در اکثر برنامه ها فراهم می کند.
پارامترهای مشخصات برای سرویس رنگرزی با دمای بالا-
مهندسان تجهیزاتی که یک مبدل حرارتی PTFE را برای خدمات رنگرزی در دمای بالا مشخص می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.
فشار و دما بخار.فشار منبع بخار و دمای اشباع را مشخص کنید.
کسر خشکی بخارکسر خشکی مورد انتظار را در ورودی مبدل حرارتی مشخص کنید.
نرخ جریان بخار.سرعت جریان بخار طراحی و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.
بار حرارتی.بار حرارتی و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.
جداکننده بخار.مشخص کنید که آیا جداکننده بخار ارائه شده است یا خیر و بهبود کسر خشکی مورد نیاز.
تله بخار.نوع تله بخار و معیارهای اندازه را مشخص کنید.
زهکشی جاذبه.جهت مبدل حرارتی و مسیر زهکشی را مشخص کنید.
صفحه برخورد.مشخص کنید که آیا صفحه برخوردی ارائه شده است یا خیر.
عایق.الزامات عایق برای لوله کشی بخار را مشخص کنید.
مطابقت کیفیت بخار با طراحی مبدل حرارتی
کیفیت بخار بر عملکرد انتقال حرارت، خطر چکش آب و میزان تخریب دیواره لوله در مبدل حرارتی PTFE برای خدمات رنگرزی در دمای بالا تأثیر می‌گذارد. کسر خشکی زیر 0.95 مصرف بخار را بیش از 12 درصد افزایش می دهد و خطر چکش آب را افزایش می دهد. کسری خشکی زیر 0.90 مصرف بخار را بیش از 31 درصد افزایش می دهد و خطر شدید چکش آب را ایجاد می کند.
کسر خشکی باید از طریق ترکیبی از جداسازی بخار، عایق و زهکشی ثقلی بالای 0.95 حفظ شود. جداکننده بخار مؤثرترین معیار واحد است و معمولاً هزینه سرمایه خود را طی 12 تا 24 ماه از طریق کاهش مصرف بخار و کاهش تعمیر و نگهداری بازپرداخت می کند.
برای تجهیزات رنگرزی در دمای بالا که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، کیفیت بخار باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شود. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است شامل مقرراتی برای کیفیت پایین بخار نباشد، و آسیب چکش آب ممکن است باعث خرابی زودرس شود.
مهندسین تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای-رنگرزی با دمای بالا یا سایر خدمات بخار گرم{1} ارزیابی می‌کنند، می‌توانند برای تأیید شرایط عملکرد و کنترل کیفیت بخار، یک بررسی طراحی را در مورد فشار بخار، کسر خشکی بخار، نرخ جریان بخار، بار حرارتی و بخار درخواست کنند.
