مشکل کاهش تقاضای گرما
کانالهای تصفیه مداوم-که در ترشی نوار فلزی، تمیز کردن سیم و آبکاری مداوم استفاده میشوند- دارای مشخصات حرارتی مشخصی هستند. سیال فرآیند یا قطعه کار وارد کانال سرد می شود و برای رسیدن به دمای عملیاتی به گرمای ورودی بالایی در قسمت ورودی نیاز دارد. همانطور که سیال یا قطعه کار در طول کانال حرکت می کند و به دما می رسد، تقاضای گرما کاهش می یابد. در قسمت خروجی، تنها مقدار کمی گرما برای جبران تلفات محیطی و حفظ دما لازم است.
یک مبدل حرارتی با قطر لوله یکنواخت در طول کل کانال ظرفیت گرمایش یکنواخت را در واحد طول فراهم می کند. برای مطابقت با کاهش تقاضای گرما، فشار بخار باید در امتداد کانال کاهش یابد-فشار بیشتر در ورودی، کمتر در خروجی-یا مبدل باید برای منطقه خروجی بزرگتر شود، سطح هدر رفته و هزینه افزایش مییابد.
یک مبدل حرارتی PTFE با قطر لوله مدرج-لوله های بزرگتر در ورودی که تقاضای گرما زیاد است، لوله های کوچکتر در خروجی که تقاضا کم است-ظرفیت گرمایش نصب شده را با مشخصات حرارتی مطابقت دارد. فشار بخار در کل مبدل یکنواخت است. سطح به طور موثر استفاده می شود. هزینه بهینه شده است.
طراحی قطر فارغ التحصیل
مبدل حرارتی در طول کانال به مناطق متوالی تقسیم می شود. منطقه 1، در ورود به فرآیند، از لولههای بزرگترین قطر (معمولاً 12 میلیمتر OD) استفاده میکند. منطقه 2 از لوله های میانی (10 میلی متر OD) استفاده می کند. منطقه 3، در خروجی فرآیند، از کوچکترین لوله ها (8 میلی متر OD) استفاده می کند. برای تنظیم دقیق ظرفیت، تعداد لوله در هر منطقه نیز ممکن است متفاوت باشد.
لوله های با قطر بزرگتر در منطقه 1 مساحت سطح بیشتری را در واحد طول فراهم می کنند و می توانند نرخ جریان بخار بالاتری را در خود جای دهند و گرمای ورودی بالایی را که در ورودی کانال لازم است را ارائه می دهند. لوله های با قطر کمتر در منطقه 3 سطح کمتری را در واحد طول فراهم می کنند که با کاهش تقاضای گرما در خروجی کانال مطابقت دارد.
انتقال بین مناطق توسط هدرهای پلکانی مدیریت می شود. هدر منبع اصلی بخار در هر انتقال ناحیه قطر کاهش می یابد. سرصفحههای زیر-منطقه بخار را به لولههای منطقه خود توزیع میکنند. مجموعه میعانات منعکس کننده ترتیب عرضه است. کل مجموعه به صورت یک واحد پیوسته واحد با یک قاب پشتیبانی مشترک ساخته می شود.
| پارامتر منطقه | منطقه 1 (ورودی) | منطقه 2 (وسط) | منطقه 3 (خروج) |
|---|---|---|---|
| کسری از طول کل کانال | 25% | 35% | 40% |
| کسری از وظیفه حرارتی کل | 50% | 35% | 15% |
| لوله OD (میلی متر) | 12 | 10 | 8 |
| ضخامت دیواره لوله (میلی متر) | 1.2 | 1.0 | 0.8 |
| سطح نسبی در واحد طول | 1.5× | 1.0× | 0.67× |
| قطر هدر بخار (mm) | 50 | 40 | 25 |
| استراتژی کنترل | فشار بخار تکی؛ ظرفیت مطابق با هندسه | تک فشار | تک فشار |
تطبیق عملکرد حرارتی
طراحی قطر مدرج با تقسیم کانال به بخش های محدود و حل تعادل حرارتی برای هر بخش تجزیه و تحلیل می شود. ضریب انتقال حرارت با قطر لوله و شرایط جریان متفاوت است. تجزیه و تحلیل تأیید می کند که سطح نصب شده در هر منطقه، همراه با دمای مایع فرآیند محلی و دمای بخار یکنواخت، وظیفه گرمایی مورد نیاز را ارائه می دهد.
هدف طراحی، تولید یک پروفیل دمایی صاف در امتداد کانال است: دمای سیال فرآیند به سرعت در منطقه 1 افزایش می یابد، به هدف در منطقه 2 نزدیک می شود، و در منطقه 3 ثابت می ماند.
سود بهینه سازی هزینه
طراحی قطر مدرج از مواد PTFE کمتری نسبت به طراحی یکنواختی که برای حداکثر تقاضای گرما اندازه میگیرد، استفاده میکند. یک طراحی یکنواخت میتواند از لولههای 12 میلیمتری در کل طول کانال استفاده کند که ظرفیت اضافی را در مناطق 2 و 3 فراهم میکند. طراحی مدرج تقریباً 15-25٪ از هزینه مواد لوله را صرفهجویی میکند، به علاوه صرفهجویی مرتبط در اندازه سربرگ و ساختار پشتیبانی.
فشار بخار واحد سیستم کنترل را ساده می کند. به جای شیرهای کاهش دهنده فشار و کنترلکنندههای دما برای هر منطقه، یک شیر کنترلی کل مبدل را مدیریت میکند. هزینه سرمایه و بار نگهداری سیستم کنترل کاهش می یابد.
خلاصه
مبدل های حرارتی PTFE با قطر لوله مدرج، ظرفیت گرمایش نصب شده را با مشخصات کاهش تقاضای حرارتی کانال های تصفیه پیوسته مطابقت می دهند. لوله های بزرگتر در ورودی فرآیند حرارت ورودی بالایی را ارائه می دهند. لوله های به تدریج کوچکتر به سمت خروجی با کاهش تقاضا مطابقت دارند. این طرح از فشار بخار یکنواخت استفاده میکند، دریچههای کنترلی منطقه-خاص را حذف میکند و 15-25% در هزینه مواد در مقایسه با طراحی با قطر یکنواخت که برای اوج تقاضا اندازهگیری میشود، صرفهجویی میکند. این رویکرد برای هر فرآیند پیوسته ای که تقاضای گرما به طور قابل پیش بینی در طول مسیر جریان تغییر می کند، قابل استفاده است.
پشتیبانی مهندسی برای طراحی مبدل حرارتی PTFE مدرج- با ارائه ابعاد کانال، سرعت جریان سیال فرآیند و دمای ورودی، مشخصات دمای هدف و فشار بخار موجود در دسترس است.
