چالش فضای کم-
یک مرکز پردازش شیمیایی مبدل های حرارتی خود را در یک اتاق مکانیکی با تنها 2.4 متر فاصله از سقف قرار می دهد. مبدل حرارتی PTFE باید با حفظ زهکشی مناسب میعانات در این ارتفاع قرار گیرد. کویلهای بخار که نمیتوانند آزادانه تخلیه شوند، میعانات را جمع میکنند و باعث کاهش سطح انتقال حرارت و ایجاد چکش آب میشوند.
بسته های استاندارد لوله PTFE از فاصله لوله یکنواخت در سرتاسر استفاده می کنند. در نصب سقف پایین-، این طراحی یکنواخت یک مصالحه را مجبور می کند: کل بسته را به شدت شیب دهید، فضای عمودی گرانبها را مصرف کنید، یا زهکشی ناقص ردیف های لوله پایین را بپذیرید.
گام لوله با چگالی متغیر راه حل سومی را ارائه می دهد. با فاصله بیشتر لولهها در پایین بسته، جایی که میعانات انباشته میشود و محکمتر در قسمت بالایی که بخار وارد میشود، طراحی هم عملکرد زهکشی و هم عملکرد حرارتی را در محدودیت ارتفاع بهینه میکند.
فیزیک زهکشی
میعانات به طور مداوم تشکیل می شود زیرا بخار گرمای نهان خود را آزاد می کند. در یک بسته لوله افقی، میعانات از لوله های بالایی به لوله های پایینی می چکد. ردیف های پایین تر از تمام ردیف های بالای خود میعانات دریافت می کنند. جریان حجمی مایع از بالا به پایین افزایش می یابد.
در یک بسته-پیچ یکنواخت، ردیفهای پایینی بالاترین بارگیری مایع را از طریق همان لوله-به-شکاف لوله مانند ردیفهای بالایی تجربه میکنند. اگر شکاف کافی نباشد، میعانات بین لوله ها پل می شود، یک آب بندی مایع تشکیل می دهد و دسترسی بخار به سطوح لوله پایینی را مسدود می کند. ردیفهای پایینی سیل میآیند و دیگر به انتقال گرما کمک نمیکنند.
گام چگالی متغیر، شکافهای بین لولهها در ردیفهای پایینتر را برای تطبیق با افزایش جریان میعانات افزایش میدهد. ردیفهای بالایی که فقط میعانات خود را حمل میکنند، میتوانند برای به حداکثر رساندن تراکم سطح در جایی که بار مایع کم است، فاصله بیشتری داشته باشند.
جدول 1: متغیر-پارامترهای طراحی پیچ لوله چگالی (بسته افقی، لولههای PTFE OD 10 میلیمتری)
| باندل زون | ردیف لوله (از بالا) | فاصله مرکز لوله (× OD) | فاصله بین لوله ها (میلی متر) | منطق |
|---|---|---|---|---|
| قسمت بالایی (ورودی بخار) | ردیف 1-4 | 1.8 × (18 میلی متر) | 8 | بار کم میعانات؛ به حداکثر رساندن تراکم سطح |
| میانه (انتقال) | ردیف 5-8 | 2.2 × (22 میلی متر) | 12 | میعانات متوسط از ردیف های بالا |
| پایین (خروج میعانات) | ردیف 9-12 | 2.8 × (28 میلی متر) | 18 | تجمع میعانات بالا؛ جلوگیری از پل زدن |
| پایین (منطقه زهکشی) | ردیف 13-14 | 3.5× (35 میلی متر) | 25 | حداکثر فاصله؛ مسیر زهکشی شفاف به کف |
مقادیر فاصله برای بخار اشباع در 3 بارگ، بارگیری میعانات تقریباً 25 کیلوگرم در ساعت در هر متر مربع ردپای بسته. فاصله واقعی به شرایط بخار خاص و هندسه بسته بستگی دارد.
ادغام شیب
گام چگالی متغیر در ارتباط با شیب دسته به سمت خروجی میعانات کار می کند. در نصب سقف کم، شیب موجود محدود است. شیب 1:100 (1 سانتی متر در هر متر) اغلب حداکثری است که در محدودیت ارتفاع قابل دستیابی است.
فاصله لوله ها در ردیف های پایین تر، خطر پل زدن میعانات را حتی در زوایای شیب کم کاهش می دهد. شکافهای بزرگتر، سطح جریان بیشتری را برای حرکت مایع به سمت نقطه تخلیه بدون ایجاد مهر و موم فراهم میکنند.
هدر ورودی بخار در انتهای بالای بسته نرم افزاری قرار دارد. هدر میعانات در انتهای پایین قرار دارد. لوله های مجزا به طور پیوسته از هدر بخار تا سربرگ میعان به سمت پایین شیب دارند. هیچ نقطه پایین متوسطی مجاز نیست-هر گونه افتادگی بین تکیه گاه ها تله میعان ایجاد می کند.
بهینه سازی عملکرد حرارتی
گام چگالی متغیر، مقداری از سطح را در ردیفهای بسته پایینی قربانی میکند تا از زهکشی کامل اطمینان حاصل شود. فاصله بیشتر تعداد لوله هایی را که در قسمت پایینی قرار می گیرند کاهش می دهد. این یک مبادله عمدی است-: ردیفهای پایینتری که در یک بسته یکنواخت-فیلد شده و غیرفعال میشوند، با ردیفهای کمتری جایگزین میشوند که کاملاً فعال میمانند.
ردیف های بالایی که متراکم تر بسته بندی شده اند، کاهش تعداد لوله ها در ردیف های پایین را جبران می کند. خروجی حرارتی خالص یک بسته-متغیر طراحیشده چاه-غالباً از یک بسته یکنواخت-در همان پاکت بیشتر است، زیرا هیچ لولهای در اثر سیل از بین نمیرود.
خلاصه
گام لوله با چگالی متغیر، طراحی بسته مبدل حرارتی PTFE را برای اتاقهای مکانیکی سقف پایین-با تطبیق فاصله لوله با بارگیری میعانات بهینه میکند. شکافهای وسیعتر در ردیفهای پایینتر، از پل زدن میعانات و جاری شدن سیل در زوایای شیب کم که توسط محدودیتهای ارتفاعی دیکته میشود، جلوگیری میکند. فاصله تنگ تر در ردیف های بالا، سطحی را که بارگیری میعانات سبک است به حداکثر می رساند.
رویکرد طراحی، زهکشی میعانات قابل اعتماد و عملکرد حرارتی کامل را از تمام ردیفهای لوله بدون نیاز به شیب دستهای تهاجمی که طرحهای یکنواخت استاندارد-طبق نیاز دارند، امکانپذیر میسازد.
تجزیه و تحلیل مهندسی برای نصبهای محدود-طراحی بسته لوله PTFE با چگالی متغیر در ارتفاع- پس از ارائه فاصله عمودی، فشار بخار، بار میعانات، و وظیفه گرمایش مورد نیاز در دسترس است.
