Kuuma, syövyttävä prosessivirta on 150 astetta. PTFE, klassinen lämmönvaihtimien fluoripolymeeri, on täysin sopimaton tähän lämpötilaan; se pehmenisi ja epäonnistuisi. PFA, sen kemiallinen lähisukulainen, on täysin mukava. Molemmat materiaalit ovat erinomaisia ​​eristeitä, ja niiden raaka, luontainen kyky johtaa lämpöä on lähes identtinen. PFA-vaihtimen lämpövoitto 150 asteessa ei johdu siitä, että se on parempi johdin, vaan yksinkertaisesti siitä, että se on edelleen kiinteä, vahva putki tässä lämpötilassa, mikä mahdollistaa lämmönvaihtotehtävän, jota PTFE ei voi edes yrittää. YmmärtäminenPFA vs PTFE lämmönsiirtokerroin 150 astettavertailu vaatii katsomista pidemmälle kuin lämmönjohtavuusluku ja keskittyminen maksimikäyttölämpötilaan.

Lämmönjohtavuus: lähes identtinen eriste

Sekä PTFE:n (polytetrafluorieteeni) että PFA:n (perfluorialkoksialkaanin) lämmönjohtavuus on tyypillisissä prosessilämpötiloissa välillä 0,20–0,25 W/m·K. Nämä arvot ovat lähes mahdottomia erottaa teknisistä syistä. Samalla seinämänpaksuudella (esim. 1 mm halkaisijaltaan pienellä putkella tai 2 mm suuremmalla vaippa-putkivaihtimella) kummastakin materiaalista valmistetun putken johtava lämpövastus on olennaisesti sama. Siksi PFA-vaihtimen kokonaislämmönsiirtokerroin (U-arvo) on samanlainen kuin PTFE-vaihtimen vastaavalla mallilla, -olettaen, että molempia käytetään vastaavissa lämpötilarajoissa.

PFA:n tärkein, ylivoimainen etu on sen korkeampi jatkuva käyttölämpötila 260 astetta verrattuna PTFE:n käytännön rajaan uppolämmittimen tai lämmönvaihtimen käyttöön, joka on noin 110–120 astetta vesipitoisissa ympäristöissä (ja hieman korkeampi joissakin kuivissa tai hapettamattomissa olosuhteissa). Tämän ansiosta PFA-vaihdin voi käsitellä nesteitä 150 asteessa käyttämällä paljon suurempaa logaritmista keskilämpötilaeroa (LMTD) samaan tehtävään, mikä johtaa pienempään ja kustannustehokkaampaan lämmönvaihtimeen. Voitto ei ole johtavuusluvussa, vaan materiaalin kyvyssä esiintyä taistelussa.

PFA ei voita lämpötaistelua olemalla nopeampi juoksija, vaan sillä, että hänet sallitaan radalle ollenkaan. 150 asteen kulmassa PTFE ei ole kilpailija-se on jo poistunut kentältä.

Miksi PTFE:tä ei voida käyttää 150 asteen kulmassa lämmönvaihdinpalvelussa?

Mekaaninen pehmennys ja ryömintä

PTFE alkaa pehmentyä ja menettää mekaanista lujuuttaan noin 110–120 asteen yläpuolella jatkuvassa upotuksessa. Vaikka PTFE:n teoreettinen sulamispiste on 327 astetta, se käy läpi kiteisen faasisiirtymän noin 19 asteessa ja toisen noin 30 asteessa, ja 100 asteen yläpuolella amorfiset alueet tulevat yhä liikkuvammiksi. Lämmönvaihtimessa, jossa putkiin kohdistuu sisäinen paine, ulkoinen paine ja lämpölaajenemisjännitys, PTFE-putket 150 asteen kulmassa hiipivät, muuttuvat ja lopulta romahtavat tai repeytyvät. Materiaalilla on myös korkea lämpölaajenemiskerroin (noin 10 kertaa teräksen), mikä johtaa liialliseen putken painumiseen ja mekaaniseen väsymiseen korkeissa lämpötiloissa.

Käytännön kokemus

Kenttäkokemus ja valmistajan ohjeet asettavat PTFE-lämmönvaihdinputkien turvalliseksi jatkuvan käyttörajan 110 asteeseen useimmissa syövyttävissä vesipitoisissa palveluissa. Lyhyillä retkillä 120 asteeseen asti jotkin mallit voivat olla hyväksyttäviä, mutta 150 astetta on tiukasti turvallisen kirjekuoren ulkopuolella. Sitä vastoin PFA säilyttää mekaanisen eheytensä ja kemiallisen kestävyytensä 260 asteeseen asti ilman faasisiirtymiä, jotka aiheuttavat mittaepävakautta.

Kokonaislämmönsiirtokerroin (U-arvo) 150 asteessa

Samanlainen U-arvo vastaavalla suunnittelulla

Hypoteettisessa skenaariossa, jossa PTFE voisi selviytyä 150 asteessa, PFA-vaihtimen ja PTFE-vaihtimen U-arvo, jolla on identtinen geometria (putken halkaisija, seinämän paksuus, putken asettelu ja nesteen nopeudet), olisi lähes sama. Putken seinämän johtavuusvastus on vain yksi komponentti kokonaislämpövastuksessa. Muut komponentit -putkenpuoleinen konvektio, vaipan puoleinen konvektio ja likaantumisvastukset-ovat identtisiä samoilla nesteen ominaisuuksilla ja nopeuksilla. Koska PTFE:n ja PFA:n lämmönjohtavuus on käytännössä identtinen, U-arvo eroaa alle 5 %.

Käytännön etu: suurempi LMTD

Koska PTFE ei voi toimia 150 asteessa, käytännön vertailu ei ole kahden materiaalin välillä samassa lämpötilassa. Sen sijaan PFA-vaihtimella voidaan jäähdyttää 150-asteista virtaa esimerkiksi 30-asteisella jäähdytysvedellä, jolloin LMTD on noin 80–100 astetta. PTFE-vaihtimen, joka on rajoitettu 110 asteen kuuman puolen tulolämpötilaan, LMTD olisi vain 40–50 astetta samalle jäähdytysvedelle. Saman lämmön siirtämiseksi PTFE-vaihdin vaatisi noin kaksinkertaisen pinta-alan,{11}}jos se voisi toimia ollenkaan. Todellisuudessa PTFE-vaihtoehto ei yksinkertaisesti ole käytettävissä näin korkeassa lämpötilassa.

Käytännön valintaohjeet

Johtopäätös: Selviytyminen ratkaiseva tekijä

PFA:n ja PTFE-vaihtimen vertailu korkeissa lämpötiloissa on yksinkertainen selviytymiskysymys, ei raakalämpöteho. 150 asteen lämpötilassa PTFE pehmenee, hiipii ja pettää, kun taas PFA pysyy vahvana, vakaana ja kemiallisesti inerttinä. Kahden materiaalin kokonaislämmönsiirtokertoimet ovat lähes identtiset samalla seinämänpaksuudella, mutta tällä tosiasialla ei ole merkitystä, koska PTFE:tä ei voida käyttää tässä lämpötilassa. PFA on lämpömestari yksinkertaisesti siksi, että se kestää lämmön. Paras materiaali on se, joka vielä seisoo prosessilämpötilassa, ja 150 asteen syövyttävälle virtaukselle PFA on se materiaali.