حاشیه رسوب که معمولاً اشتباه است
یک تاسیسات آبکاری یک مبدل حرارتی PTFE را برای وظیفه گرمایش آب سخت با حاشیه رسوب 15٪ مشخص می کند. مبدل حرارتی برای 115 درصد بار حرارتی تمیز اندازه می شود، بر اساس این فرض که ضریب رسوب، انتقال حرارت مؤثر را تقریباً 13 درصد کاهش می دهد.
پس از شش ماه کارکرد، خروجی گرما 25٪ کاهش یافته است و حمام دیگر نمی تواند دما را در زمان اوج تولید حفظ کند. مبدل حرارتی تمیز می شود و خروجی حرارت به مقدار طراحی باز می گردد. این چرخه هر شش ماه یکبار تکرار می شود.
حاشیه 15 درصد ناکافی بود زیرا عامل رسوب استفاده شده در طراحی بر اساس یک برآورد عمومی بود نه شرایط واقعی آب سخت. مقاومت حرارتی مقیاس واقعی پس از شش ماه معادل تقریباً 25٪ مقاومت انتقال حرارت تمیز است که فقط برای حفظ خروجی حرارت طراحی در پایان فاصله تمیز کردن نیاز به حاشیه 25٪ دارد.
مقاومت حرارتی مقیاس که باعث ایجاد حاشیه می شود
مقاومت حرارتی رسوب کربنات کلسیم به ضخامت و هدایت حرارتی رسوب بستگی دارد. هدایت حرارتی کربنات کلسیم تقریباً 2.5 W/m·K است. برای یک لایه مقیاس 0.5 میلی متر، مقاومت حرارتی 0.0002 m²·K/W است.
مقاومت انتقال حرارت تمیز برای مبدل حرارتی PTFE با دیواره 0.8 میلی‌متری و ضریب فیلم جانبی 1000 W/m²·K تقریباً 0.0042 m²·K/W است. مقاومت حرارتی مقیاس 0.0002 m²·K/W تقریباً 5٪ مقاومت تمیز است. این مقاومت کوچک تنها به یک حاشیه 5 درصد نیاز دارد.
کاهش عملکرد واقعی بزرگتر از مقاومت حرارتی مقیاس به تنهایی است. لایه مقیاس همچنین سطح را زبر می کند که سرعت جریان نزدیک دیوار را کاهش می دهد و مقاومت فیلم را افزایش می دهد. اثر ترکیبی مقاومت حرارتی مقیاس و افزایش مقاومت فیلم معمولاً 15-25٪ مقاومت انتقال حرارت تمیز پس از شش ماه در سرویس آب سخت است.
حاشیه رسوب به عنوان تابعی از سختی آب
حاشیه رسوب بستگی به سختی آب، دمای دیواره لوله و فاصله تمیز کردن دارد. جدول زیر حاشیه توصیه شده برای سطوح مختلف سختی آب و فواصل تمیز کردن را خلاصه می کند.
| سختی آب (mg/L CaCO3) | نرخ مقیاس (mm/6 ماه) | مقاومت در برابر مقیاس بعد از 6 ماه | حاشیه پیشنهادی (نظافت 6 ماهه) | حاشیه پیشنهادی (تمیز کردن 12 ماهه) |
|---|---|---|---|---|
| 50-100 (نرم) | 0.1 میلی متر | 0.00004 m²·K/W | 5% | 10% |
| 100-200 (نسبتا سخت) | 0.2 میلی متر | 0.00008 m²·K/W | 10% | 20% |
| 200-300 (سخت) | 0.35 میلی متر | 0.00014 m²·K/W | 18% | 35% |
| 300-400 (بسیار سخت) | 0.5 میلی متر | 0.00020 m²·K/W | 25% | 50% |
| 400-500 (بسیار سخت) | 0.7 میلی متر | 0.00028 m²·K/W | 35% | 70% |
| بالای 500 (آب نمک-مثل) | 1.0 میلی متر | 0.00040 m²·K/W | 50% | 100% |
مقادیر حاشیه توصیه شده شامل مقاومت حرارتی مقیاس و افزایش مقاومت فیلم است. حاشیه ها برای فواصل تمیز کردن طولانی تر هستند زیرا ضخامت مقیاس با گذشت زمان افزایش می یابد.
تاثیر دمای دیواره لوله
نرخ رسوب رسوب با دمای دیواره لوله افزایش می یابد. دمای بالاتر دیواره باعث افزایش فوق اشباع کربنات کلسیم در سطح لوله شده و رسوب را تسریع می کند.
برای یک مبدل حرارتی PTFE با شار حرارتی بالا، دمای دیواره لوله بالاتر است و نرخ مقیاس بالاتر است. حاشیه رسوب باید افزایش یابد تا میزان مقیاس بالاتر در نظر گرفته شود.
اثر دمای دیواره به ویژه در مبدل‌های حرارتی PTFE مهم است زیرا رسانایی حرارتی پایین PTFE منجر به دمای دیوار بالاتر برای یک شار حرارتی معین نسبت به یک مبدل حرارتی فلزی می‌شود. یک مبدل حرارتی PTFE که با شار حرارتی مشابه یک واحد فلزی کار می کند، دمای دیواره بالاتر و نرخ مقیاس بالاتری دارد.
اثر سرعت جریان
سرعت جریان بر نرخ رسوب مقیاس از طریق تنش برشی در دیواره لوله تأثیر می گذارد. سرعت بالاتر تنش برشی را افزایش می دهد که باعث کاهش چسبندگی مقیاس و سرعت رسوب می شود.
برای یک مبدل حرارتی PTFE که با سرعت 0.5 متر بر ثانیه کار می کند، میزان رسوب بالا است و حاشیه رسوب باید زیاد باشد. برای یک مبدل حرارتی که با سرعت 1.5 متر بر ثانیه کار می کند، نرخ مقیاس کمتر است و حاشیه می تواند کوچکتر باشد.
اثر سرعت به ویژه در سرویس آب سخت مهم است. سرعت 1.5-2.0 متر بر ثانیه برای کاهش میزان رسوب و حاشیه رسوب مورد نیاز توصیه می شود.
تجارت اقتصادی-خارج از حاشیه
حاشیه رسوب هزینه سرمایه مبدل حرارتی را افزایش می دهد. حاشیه 25 درصدی هزینه سرمایه را تقریباً 20 تا 25 درصد افزایش می دهد. حاشیه همچنین شار گرما را کاهش می دهد که دمای دیواره لوله و نرخ مقیاس را کاهش می دهد.
مبادله-بین هزینه سرمایه بالاتر و دفعات تمیز کردن و هزینه انرژی کمتر است. حاشیه بزرگتر فرکانس تمیز کردن و ضرر تولید را کاهش می دهد، اما هزینه سرمایه را افزایش می دهد.
حاشیه بهینه آن چیزی است که کل هزینه مالکیت را در طول عمر سرویس به حداقل می رساند. هزینه کل شامل هزینه سرمایه، هزینه تمیز کردن، هزینه از دست دادن تولید و هزینه انرژی است.
کمی کردن کل هزینه مالکیت در حاشیه های مختلف
جدول زیر هزینه کل پنج ساله مالکیت برای حاشیه های مختلف رسوب در یک برنامه گرمایش آب سخت با بار گرمایی 50 کیلو وات، سختی آب 300 میلی گرم در لیتر و ارزش تولید 500 دلار در ساعت را خلاصه می کند.
| حاشیه رسوب | مساحت سطح | شار حرارتی | فاصله تمیز کردن | هزینه سرمایه | هزینه تمیز کردن سالانه | هزینه از دست دادن تولید سالانه | هزینه کل پنج سال{{0} |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0% | 20 m² | 2.5 وات بر سانتی متر مربع | 2 ماه | $28,000 | $9,000 | $12,000 | $133,000 |
| 10% | 22 m² | 2.3 وات بر سانتی متر مربع | 3 ماه | $30,000 | $6,000 | $8,000 | $100,000 |
| 20% | 24 m² | 2.1 وات بر سانتی متر مربع | 4 ماه | $32,000 | $4,500 | $6,000 | $84,500 |
| 30% | 26 m² | 1.9 وات بر سانتی متر مربع | 6 ماه | $35,000 | $3,000 | $4,000 | $70,000 |
| 40% | 28 m² | 1.8 وات بر سانتی متر مربع | 8 ماه | $38,000 | $2,250 | $3,000 | $64,250 |
| 50% | 30 m² | 1.7 وات بر سانتی متر مربع | 10 ماه | $41,000 | $1,800 | $2,400 | $62,000 |
| 75% | 35 m² | 1.4 وات بر سانتی متر مربع | 14 ماه | $48,000 | $1,300 | $1,700 | $63,000 |
هزینه کل پنج-سال با حاشیه رسوب 40 تا 50 درصد برای این برنامه به حداقل می رسد. حاشیه 30 درصد کافی است اما مطلوب نیست. حاشیه 75% بزرگتر از-حاشیه است و هزینه کل بالاتری نسبت به حاشیه 50% دارد.
ویژگی های طراحی که حاشیه مورد نیاز را کاهش می دهد
چندین ویژگی طراحی حاشیه رسوب مورد نیاز را کاهش می دهد.
سرعت جریان بالاترسرعت بالاتر تنش برشی را افزایش داده و سرعت رسوب را کاهش می دهد. سرعت 1.5-2.0 متر بر ثانیه برای سرویس آب سخت توصیه می شود.
سطح لوله صاف.سطح لوله صاف چسبندگی رسوبات رسوب را کاهش می دهد. سطح لوله باید عاری از خط و خش باشد.
در{0}}مقررات تمیز کردن مکان.اتصالات برای تامین و برگشت محلول تمیز کردن اجازه می دهد مبدل حرارتی بدون جداسازی تمیز شود، که هزینه تمیز کردن و زمان خرابی را کاهش می دهد.
نرم کننده آبیک نرم کننده آب یون های کلسیم و منیزیم را که فلس را تشکیل می دهند حذف می کند. نرم شدن میزان رسوب و حاشیه رسوب مورد نیاز را کاهش می دهد.
دوز بازدارنده مقیاسیک ماده شیمیایی بازدارنده رسوب با تداخل در رشد کریستال، سرعت رسوب را کاهش می دهد. بازدارنده حاشیه رسوب مورد نیاز را کاهش می دهد.
کنترل دما.کاهش دمای دیواره لوله باعث کاهش سرعت مقیاس می شود. شار حرارتی کمتر یا دیواره لوله نازک تر، دمای دیواره را کاهش می دهد.
پارامترهای مشخصات برای خدمات آب سخت
مهندسان تجهیزاتی که مبدل حرارتی PTFE را برای سرویس آب سخت مشخص می‌کنند باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.
سختی آب.غلظت کربنات کلسیم را در آب سرویس مشخص کنید.
دمای عملیاتیحداکثر دمای کار و دمای دیواره لوله را مشخص کنید.
سرعت جریان.حداقل سرعت لوله{0}}را مشخص کنید. سرعت 1.5-2.0 متر بر ثانیه برای سرویس آب سخت توصیه می شود.
فاصله تمیز کردنفاصله تمیز کردن مورد انتظار و روش تمیز کردن را مشخص کنید.
حاشیه رسوب.حاشیه رسوب را بر اساس سختی آب و فاصله تمیز کردن مشخص کنید.
مساحت سطح.سطح مورد نیاز برای بار حرارتی و حاشیه رسوب را مشخص کنید.
شار حرارتی.حداکثر شار حرارتی مجاز را بر اساس حد دمای دیوار مشخص کنید.
مفاد نظافتاتصالات و شیرآلات مورد نیاز برای تمیز کردن مکان را مشخص کنید.
تطبیق حاشیه رسوب با شرایط آب سخت
حاشیه رسوب برای یک مبدل حرارتی PTFE در سرویس آب سخت به سختی آب، دمای دیواره لوله، فاصله تمیز کردن و کاهش عملکرد قابل قبول بستگی دارد. حاشیه معمولی 10 تا 20 درصد اغلب ناکافی است. بسته به فاصله تمیز کردن، حاشیه توصیه شده برای آب نسبتاً سخت تا بسیار سخت 20 تا 50٪ است.
حاشیه باید بر اساس کل هزینه مالکیت در طول عمر خدمات انتخاب شود. حاشیه بزرگتر هزینه سرمایه را افزایش می دهد اما دفعات تمیز کردن و ضرر تولید را کاهش می دهد. حاشیه بهینه هزینه کل را به حداقل می رساند.
برای تأسیسات خدمات آب سخت که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، حاشیه رسوب باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شود. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است شامل حاشیه کافی نباشد و کاهش عملکرد ناشی از آن ممکن است نیاز به تمیز کردن مکرر از حد انتظار داشته باشد.
مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای آب سخت یا سایر خدمات رسوب‌گیری ارزیابی می‌کنند، می‌توانند یک بازنگری طراحی را در مورد سختی آب، دمای عملیاتی، سرعت جریان، فاصله تمیز کردن و حاشیه رسوب درخواست کنند تا تأیید کنند که واحد با کیفیت آب واقعی و ساختار هزینه عملیاتی دستگاه مطابقت دارد.
