Miten putken asettelukuvio (kolmio vs. neliö) vaikuttaa kuoreen-sivuvirtaukseen ja lämmönsiirtoon PTFE-vaihtimessa?

Kun kuoren{0}puoleinen neste kulkee PTFE-putkinipun yli, putkien kuvio, jota kutsutaan "pituuskuvioksi", vaikuttaa siihen, pyöriikö virtaus pyörteisesti vai virtaako se pienemmällä vastuksella. Asettelun valinta on perustavanlaatuinen ja pitkäkestoinen -käyttöpäätös. Insinöörien, jotka kehittävät tai määrittävät PTFE-lämmönvaihdinta, on arvostettava kolmion ja neliön jakovälikuvioiden välisiä kompromisseja tasapainottaakseen lämmönsiirtokykyä ja pitkäaikaista{5}}huoltoa.

Putkijärjestelyjen geometria
Putken asettelukuvioita kuvataan putken keskipisteiden sijoitukseksi suhteessa virtaussuuntaan vaipan puolella. Suosituimmat järjestelyt ovat kolmioväli (mukaan lukien kierretty kolmio) ja neliöväli (mukaan lukien käännetty neliö). Kaikissa olosuhteissa putken jako--keskipisteen välinen etäisyys vierekkäisten putkien välillä on yleensä 1,25-1,5 kertaa putken ulkohalkaisija. Väli on suunniteltu antamaan sopiva mekaaninen lujuus, estämään putkien kosketus ja mahdollistamaan nesteen virtaaminen nipun läpi vaipan puolelta.

Pitch (porrastettu) Kolmiomainen
Kolmiovälissä jokainen toisen rivin putki porrastetaan puolen välin verran ensimmäisestä rivistä. Tämä johtaa porrastettuun asetelmaan siten, että virtausreitit eivät ole suorassa linjassa läpi nipun. Kuoren -puolen neste pakotetaan käärmeilemään putkien välissä jatkuvasti vaihtaen suuntaa.

Tärkeimmät ominaisuudet:

Enemmän putkia kuoren{0}}poikkileikkausyksikköä kohden (suurempi putken tiheys)

Suurempi turbulenssi virtauksessa

Lisääntynyt kuoren{0}}puolen painehäviö

Paljon suurempi lämmönsiirtokerroin

Neliön (inline) sävelkorkeus
Putket ovat neliömäisiä, ja ne on järjestetty riveihin ja sarakkeisiin muodostaen suoria käytäviä tai kaistaa kuoren{0}}sivuvirtauksen suuntaan. Neste voi kulkea näiden kanavien läpi käytännössä esteettömästi.

Tärkeimmät ominaisuudet:

Pienempi putken tiheys (vähemmän putkia samalla vaipan halkaisijalla)

Turbulenssi pienentyneellä virtauksella

alempi kuoren puolen painehäviö

Pienempi lämmönsiirtokerroin (samanlaiselle massavirtaukselle)

Kaistat mekaaniseen puhdistukseen suoralla sisäänkäynnillä

Shellin vaikutus-Sivuvirtaus ja lämmönsiirto
Kolmion muotoinen porrastus tuhoaa laminaariset rajakerrokset ja saa aikaan jatkuvan herätyssekoittumisen. Neste ei kulje tasaisina virroina, vaan törmää, erottuu ja kiinnittyy uudelleen putkiin. Tällainen kaoottinen liike lisää lämmönsiirtoa konvektiolla putken pinnoilla. Tietyllä virtausnopeudella kuoren puolella kolmiomaisen-jakonipun lämmönsiirtokerroin voi olla 20–30 % suurempi kuin tasaisen neliömäisen-jakonipun lämmönsiirtokerroin.

Negatiivinen on paineen lasku. Lämmönsiirtoa lisäävä turbulenssi käyttää myös pumppausenergiaa. Kuitenkin monissa PTFE-vaihtimien sovelluksissa, joissa kuoren puoleiset nesteet ovat yleensä vettä, höyryä tai puhdasta jäähdytysainetta, painehäviön lievä nousu on hyväksyttävää.

Lineaarinen asettelu säilyttää puhtaat virtauskaistat neliömäisessä jaossa. Vaipan puolella oleva neste kiihtyy myös putkien välisissä kapeissa rakoissa, mutta virtaus on laminaarisempaa tai siirtymävaiheessa ja vähemmän risti{1}}sekoittumista. Tämän seurauksena lämmönläpäisykerroin pienenee. Samaan lämpötehtävään nelikulmainen-jakonippu saattaa tarvita suuremman vaipan halkaisijan tai pidemmän putken pituuden.

Putken tiheyden vertailu
Kolmiojaolla voi olla noin 15 % enemmän putkia samassa vaipan halkaisijassa kuin neliöjaolla. Tämä on seurausta pakkaamisen tehokkuudesta. PTFE-vaihtimissa putken seinämät ovat usein melko paksuja ja niillä on alhainen lämmönjohtavuus (verrattuna metalliputkiin), joten putkien lukumäärän maksimoiminen on usein toivottavaa kompensoida PTFE:n luontaista lämpövastusta. Kolmion muotoinen asettelu lisää lämmönsiirtopintaa lisäämättä vaipan kokoa.

Mekaaninen puhdistus, suuri pitkäaikainen ongelma
Suurin pitkän aikavälin näkökohta on puhdistuksen saatavuus Kyky poistaa likaantumiskerrostumat vaihtimen kuoren puolelta määrittää, voidaanko yksikkö palauttaa aiempaan suorituskykyyn kuukausien tai vuosien käytön jälkeen.

Kolmiomaisessa jakovälissä porrastettu geometria ei salli suoria, esteellisiä näkölinjoja koko nipussa. Mekaanisia puhdistusvälineitä, kuten kehruulansseja, korkeapainevesisuihkuja tai teräsharjoja, ei voi syöttää putkien väliin. Kolmionmuotoisen-pikin nipun ainoa puhdistustapa on kemiallinen puhdistus (kierrättävät hapot, liuottimet tai pesuaineet). Kemiallinen puhdistus on tehokas monen tyyppisen likaantumisen (hilse, orgaaniset kerrostumat, kevyt liete) poistamisessa, mutta kovat, pysyvät kerrostumat tai ne, jotka eivät liukene turvallisiin kemikaaleihin, voivat olla huonommin käsiteltävissä.

Neliömäinen jako antaa selkeän pääsyn suorille käytäville putkirivien väliin. Mekaaninen puhdistuslanssi voidaan ajaa kuoren puolen läpi, yleensä irrotettavasta kanavan päästä, suihkuttamalla tai harjatakseen saostumia putkista. Neliöväli on oletusvalinta, kun kuoren -sivunesteen tiedetään likaantuvan voimakkaasti-esimerkiksi epäpuhdasta jäähdytysvettä, polymeroituvia prosessivirtoja tai nesteitä, jotka sisältävät suspendoituneita hiukkasia, jotka paistuvat pinnoille.

Sovellus PTFE:n{0}}lämmönsiirtimiin
Putken puolen syövyttävään käyttöön (neste putkien sisällä) käytetään tyypillisimmin PTFE-lämmönvaihtimia. PTFE-putket kestävät vahvojen happojen, alkalien ja orgaanisten liuottimien aiheuttamia vaurioita. Monissa laitoksissa kuoripuoli kuljettaa puhdasta käyttönestettä, kuten jäähdytysvettä, höyryä tai lämmönsiirtoöljyä. Likaantuminen on vähäistä, koska kuoren{3}}puoleiset nesteet ovat yleensä puhtaita. Tämän seurauksena PTFE-vaihtimissa vallitsee kolmion muotoinen jako. Parantaa suorituskykyä suoraan korkeammalla lämmönsiirtokertoimella ja putken tiheydellä ilman puhdistusrangaistusta.

Eri ongelma on kuitenkin olemassa, kun syövyttävän tai likaantuvan nesteen on oltava kuoren puolella. Näin tapahtuu joissakin prosessijärjestelyissä -- esim. joissa vaipan puoli on avattava tarkastusta varten tai joissa putken puoli on varattu puhtaalle nesteelle painehäviön vähentämiseksi. Jos kuoren puoleinen neste likaantuu, neliömäinen jako on erittäin edullinen. Lämpötehokkuuden menetystä kompensoi kyky puhdistaa PTFE-putkien ulkopuoli mekaanisesti vuosihuoltoseisokkien aikana.

Kompromissi pähkinänkuoressa
Kolmiokulman ominaisuusPitch Square
Putken tiheys Suurempi (~15 % enemmän putkia) Alas.
Kuoren puolen turbulenssi Korkea (virtaus porrastettu) Matala tai kohtalainen (rinnakkaiskaistat)
Lämmönsiirtokerroin Korkeampi Alempi
Kuoren puolen paineen laskuKorkeampi Alempi
Mekaaninen siivousyhteys. Ei mitään (vain kemiallinen puhdistus) Hyvä (suorat kulkuväylät)
PTFE-lämmönvaihtimien tavanomainen käyttö Puhdas neste (vesi, höyry, öljy) kuoren puolella Shell-Side Fluidin likaantuminen
Itse asiassa valinta kolmion ja neliön välin välillä PTFE-vaihdinputken asettelukuviolle kolmion muotoiselle neliölle on harvoin puhtaan ylivallan kysymys. Se on suorituskyvyn ja ylläpidettävyyden välinen kompromissi. Kolmion muotoinen muoto tarjoaa kompaktimman ja tehokkaamman vaihtimen puhtaan kuoren{3}}sivukäyttöön. Neliön muotoinen kuviointi heikentää hieman lämpötehoa, jotta suorituskyky voidaan palauttaa käyttämällä lansettia tai harjaa likaantumishuoltoa varten.

Asettelun vaikutus PTFE-vaihtimien elinkaarikustannuksiin
Välittömien lämpö- ja hydrauliikkaongelmien lisäksi putken asettelukuvio vaikuttaa kokonaisomistuskustannuksiin. Kolmiomaisella-jaonvaihtimella voi olla halvempi ensimmäinen hinta (pienempi kuori samalla pinta-alalla) ja pienempi käyttöenergia (parempi lämmönsiirtotehokkuus), mutta jos vaipan puoli likaantuu eikä kemiallinen puhdistus palauta suorituskykyä, yksikkö on ehkä vaihdettava ennenaikaisesti. Toisaalta neliömäisellä-pihenvaihtimella voi olla suurempi kuori ja korkeammat alkukustannukset, mutta se voidaan puhdistaa mekaanisesti toistuvasti, mikä pidentää käyttöikää äärettömään.