Výzva s proměnlivou úrovní
Oplachovací nádrž v pokovovací lince pracuje na 80 % kapacity během normální výroby, ale během výměny dílů klesá na 40 %. Tepelný výměník z PTFE musí zajistit plný topný výkon na nízké úrovni, aniž by se poškodil, když je nádrž naplněna na vysokou úroveň. Hloubka ponoření-vertikální vzdálenost od povrchu kapaliny k horní části výměníku tepla-určuje tepelný výkon i mechanickou bezpečnost.
Nastavte výměník příliš hluboko a při nízké hladině nádrže se odkryjí horní trubky. Odkryté trubky v parním provozu se na vzduchu přehřívají, potenciálně poškozují nosné konstrukce a vytvářejí nebezpečí popálení. Nastavte výměník příliš mělce a při vysokých hladinách nádrže se topná plocha koncentruje u dna nádrže, což podporuje tepelné rozvrstvení a neúplné promíchání.
Optimální hloubka ponoření je vypočtené procento výšky svazku trubek, které zaručuje ponoření na všech běžných provozních úrovních při zachování dostatečné vůle pro tepelnou roztažnost a zamezení kontaktu s kalem na dně nádrže.
Minimální požadavek na ponoření
Trubka výměníku tepla z PTFE přenášející nasycenou páru o tlaku 3 barg má vnitřní teplotu 143 stupňů. Při ponoření do kapaliny je teplota vnější stěny o 10-30 stupňů nižší než teplota páry, v závislosti na koeficientu prostupu tepla. Při vystavení vzduchu se teplota vnější stěny blíží teplotě páry, protože chlazení vzduchem odebírá zanedbatelné teplo.
Problémem s exponovanými trubicemi není samotný PTFE-pro nepřetržitý provoz 260 stupňů-, ale podpůrný systém. PVDF nosné desky měknou nad 150 stupňů. Kovové podpěrné konzoly se roztahují jinou rychlostí než PTFE, což potenciálně uvolňuje sevření trubky. Bezpečná konstrukční praxe zajišťuje, že všechny trubky přenášející páru zůstanou ponořené na minimální provozní úrovni.
Minimální hloubka ponoření se vypočítá jako vzdálenost od nejnižší očekávané hladiny kapaliny k vrcholu nejhořejší řady trubic pro vedení páry{0}} plus bezpečnostní rezerva pro nejistotu měření hladiny a působení vln v důsledku míchání. Typický je okraj 50-100 mm.
Tabulka 1: Doporučené parametry ponoření pro PTFE tepelné výměníky v nádržích s proměnnou-úrovní
| Parametr | Doporučená hodnota | Základ |
|---|---|---|
| Minimální ponoření nad horní řadou trubek | 75-100 mm | Zohledňuje chybu snímače hladiny a povrchové vlny |
| Maximální tolerance expozice trubice | 0 % (žádné zkumavky nad kapalinou na minimální úrovni) | PTFE trubice přežijí krátkou expozici, ale podpěry nemusí |
| Spodní vzdálenost od dna nádrže | 100-150 mm | Zabraňuje požití kalu a umožňuje cirkulaci |
| Tepelná roztažnost nad maximální úrovní | Nelze použít (rozšíření je umístěno vodorovně) | Konstrukce PTFE cívky zahrnuje expanzní smyčky |
| Procento svazku trubek ponořených na úrovni min | 100% aktivních topných trubic | Všechny parní-trubice musí být ponořeny |
| Procento svazku trubek ponořených na maximální úrovni | 100% + vůle k okraji nádrže pro přetečení | Zabraňuje rušení cívky s kryty nádrže |
Tepelná stratifikační bilance
Hloubka ponoření ovlivňuje více než suchou-požární bezpečnost. Určuje vertikální rozložení tepelného příkonu. Tepelný výměník umístěný zcela blízko dna nádrže silně ohřívá spodní zónu a vytváří vznášející se oblak, který stoupá k hladině. Vertikální teplotní profil závisí na tom, jak efektivně se tato vlečka mísí s obsahem nádrže.
V hlubokých nádržích s proměnnými hladinami optimální konfigurace často používá vertikální mřížku z PTFE, která sahá od zóny minimální hladiny až po blízko dna nádrže. Při vysokých hladinách nádrže je aktivní celá mřížka a ohřívá se rovnoměrně po celé hloubce. Při nízkých úrovních je horní část mřížky pasivní-pára je odváděna ventilem do těchto částí-, zatímco spodní část pokračuje v ohřevu.
Alternativně je celý výměník dimenzován pro provoz na minimální hladině a topnou povinnost na vyšších hladinách plní stejný výměník pracující při sníženém tlaku nebo průtoku páry. Tento přístup zjednodušuje ovládání, ale vyžaduje, aby se výměník vešel do zmenšené hloubky na minimální úrovni.
Více{0}}úrovňové snímání a ovládání páry
Nádrže s širokými variacemi úrovně těží z regulace páry{0}}s kompenzací úrovně. Snímač hladiny signalizuje řídicímu systému, když hladina kapaliny klesne pod prahovou hodnotu. Řídicí systém buď snižuje tlak páry, aby omezil teplotu stěny trubky v částečně odkryté části, nebo izoluje páru do horních řad trubek pomocí samostatných regulačních ventilů na víceokruhových výměnících.
Jednodušší přístup-používaný ve většině instalací-je dimenzovat výměník tak, aby fungoval zcela ponořený na minimální úrovni, a akceptovat, že na vyšších úrovních představuje výměník konzervativně dimenzovaný systém s rezervní kapacitou. Rezervní kapacita prodlužuje životnost výměníku tepla a umožňuje budoucí intenzifikaci procesu bez výměny zařízení.
Shrnutí
Optimální hloubka ponoření pro výměník tepla z PTFE v nádržích s proměnnými provozními úrovněmi zajišťuje, že všechny parní-trubice vedoucí páru zůstanou ponořeny na minimální očekávané úrovni s bezpečnostní rezervou 75-100 mm. Výměník je umístěn se spodní světlostí 100-150 mm pro kalové hospodářství. V hlubokých nádržích s velkým kolísáním hladiny umožňují víceokruhové konstrukce izolaci horních sekcí trubky při nízkých hladinách.
Správný výpočet hloubky ponoření zabraňuje poškození podpěr suchým-požárem, eliminuje nebezpečí popálení od odkrytých horkých trubek a zajišťuje spolehlivé zahřívání na všech běžných provozních úrovních.
Technická doporučení pro umístění výměníku tepla z PTFE v nádržích s proměnnou{0}}úrovní jsou k dispozici po předložení rozměrů nádrže, minimální a maximální provozní úrovně, přesnosti snímače hladiny a požadavků na topný výkon.
