یک کارخانه شیمیایی نیاز به افزودن ظرفیت خنک کننده به یک ظرف موجود دارد، اما فضای موجود یک پوسته استوانه ای ثابت، کوتاه و عریض است. یک بسته مبدل حرارتی PTFE لوله بلند- متعارف قابل استفاده نیست. بنابراین وظیفه حرارتی باید در یک هندسه محدود فشرده شود، شبیه به نصب یک موتور بزرگ در یک شاسی فشرده بدون تغییر پوشش خارجی.
محدودیت های طول لوله در طراحی مبدل PTFE مقاوم سازی
در یکمبدل PTFE طول لوله مقاوم سازی کشتی موجود، محدودیت اساسی طراحی هندسی است تا حرارتی. ظرف موجود حداکثر طول لوله را تعیین می کند که نمی توان از آن تجاوز کرد، که مستقیماً منطقه انتقال حرارت را در هر لوله محدود می کند.
از آنجایی که وظیفه گرمای کل متناسب با سطح انتقال حرارت است و مساحت تابعی از:
سطح بیرونی لوله
طول لوله
تعداد لوله ها
کاهش طول لوله باید با افزایش تعداد لوله جبران شود.
افزایش تعداد لوله و تجارت قطر پوسته-خاموش است
وقتی طول لوله محدود می شود، عملکرد حرارتی با افزایش تعداد لوله ها در بسته حفظ می شود. این رویکرد طراحی منجر به یک نتیجه طبیعی می شود: قطر پوسته باید افزایش یابد تا چگالی لوله بالاتر را در خود جای دهد.
پیکربندی حاصل با موارد زیر مشخص می شود:
طول لوله کوتاهتر
قطر پوسته بزرگتر
تعداد لوله بیشتر در هر مقطع-بسته
این طرح به صورت چمباتمهای پایین میآید و بزرگ میشود و طول محوری را با چگالی بستهبندی شعاعی معامله میکند.
اگرچه قطر پوسته بزرگتر هزینه مواد را افزایش می دهد، این اغلب با هزینه های بسیار بالاتر مربوط به موارد زیر جبران می شود:
اصلاح کشتی
جابجایی خارجی مبدل
فرآیند تغییر مسیر لولهها
در سناریوهای مقاوم سازی، طراحی مجدد مبدل معمولاً اقتصادی ترین مسیر است.
بهینه سازی جریان با عبور لوله های متعدد
لولههای کوتاهتر کاهش فشار لوله{0}}در هر پاس را کاهش میدهند. این انعطافپذیری طراحی را برای افزایش تعداد پاسهای لوله، معمولاً از 1-2 به 4 یا بیشتر، فراهم میکند.
افزایش تعداد پاس ها به حفظ موارد زیر کمک می کند:
سرعت لوله کافی-
ضریب تلاطم و انتقال حرارت بهبود یافته است
کاهش خطر تخریب جریان آرام
با این حال، پارتیشن بندی عبور باید به دقت متعادل شود تا از توزیع نادرست بیش از حد جلوگیری شود.
U-Tube Bundle به عنوان یک استراتژی بهینهسازی فضایی
AU{0}}پیکربندی لوله راه حل اضافی برای نصبهای محدود در فضای- فراهم میکند. در این آرایش، هر لوله به عقب خم می شود و به هر دو انتهای آن اجازه می دهد تا در یک صفحه لوله ثابت شوند.
مزایا عبارتند از:
افزایش سطح انتقال حرارت در طول محوری کاهش یافته
تطبیق انبساط حرارتی بدون اتصالات انبساط اضافی
کاهش طول پوسته مورد نیاز برای همان وظیفه
برای یکمبدل PTFE طول لوله مقاوم سازی کشتی موجود، طراحی لوله U-می تواند به طور قابل توجهی ناحیه انتقال حرارت موثر را در یک ردپای محدود افزایش دهد.
با این حال، محدودیت های مکانیکی باید رعایت شود:
حداقل شعاع خمیدگی باید حفظ شود تا از تغییر شکل یا پیچ خوردگی PTFE جلوگیری شود
تنش لوله باید در محدوده های مجاز تحت سیکل حرارتی باقی بماند
تلورانسهای ساخت باید از توزیع یکنواخت جریان در هر دو پای لوله U- اطمینان حاصل کنند.
محدودیت های نصب و نگهداری
حتی زمانی که عملکرد حرارتی به دست می آید، دسترسی مکانیکی یک عامل حاکم باقی می ماند. قطر پوسته بزرگ شده همچنان باید موارد زیر را برآورده کند:
محدودیتهای ورود راهرو کشتی
محدودیت های بلند کردن و جاگذاری جرثقیل
الزامات ترخیص حذف بسته نرم افزاری در آینده
عدم در نظر گرفتن این محدودیت ها ممکن است منجر به یک طراحی حرارتی صحیح اما از نظر مکانیکی غیرقابل استفاده شود.
تعادل طراحی در برنامه های مقاوم سازی
طراحی مقاومسازی مبدل PTFE ذاتاً یک مشکل بهینهسازی چند متغیره است که شامل:
محدودیت های طول لوله اعمال شده توسط هندسه رگ
وظیفه انتقال حرارت مورد نیاز
محدودیت های افت فشار
امکان سنجی نصب مکانیکی
نرمافزار طراحی حرارتی معمولاً برای تکرار بین این محدودیتها تا زمانی که یک پیکربندی عملی شناسایی شود، استفاده میشود.
نتیجه گیری
انتخاب طول لوله برای یک مبدل PTFE در یک کشتی موجود یک چالش کلاسیک بسته بندی حرارتی مقاوم سازی است. هنگامی که فضای محوری محدود است، ناحیه انتقال حرارت با افزایش تعداد لوله، افزایش قطر پوسته، و به صورت اختیاری پیادهسازی یک پیکربندی لوله U حفظ میشود.
نتیجه یک مبدل کوتاهتر، چاقتر و گاهی تا شده است که عملکرد حرارتی را در محدودههای هندسی دقیق به حداکثر میرساند.
یک مبدل PTFE مهندسی شده سفارشی میتواند تقریباً با هر پوشش نصبی سازگار شود، مشروط بر اینکه محدودیتهای حرارتی، هیدرولیکی و مکانیکی به عنوان یک مشکل طراحی یکپارچه متعادل شوند.
