Problem daljinske instalacije
Prostorna ograničenja ponekad prisiljavaju postavljanje PTFE izmjenjivača topline dalje od procesnog spremnika. Izmjenjivač se nalazi na polukatu, u susjednoj prostoriji ili izvan zgrade. Cjevovod za međusobno povezivanje prenosi zagrijanu procesnu tekućinu od izmjenjivača do spremnika i vraća ohlađenu tekućinu za ponovno zagrijavanje.
Svaki metar spojne cijevi gubi toplinu u okolni okoliš. Zagrijana otopina koja napušta PTFE izmjenjivač na 65 stupnjeva može stići u spremnik na 58 stupnjeva. Pad temperature predstavlja izgubljeni kapacitet grijanja. Izmjenjivač mora više raditi kako bi kompenzirao, povećavajući potrošnju pare i potencijalno premašujući svoj projektirani zadatak.
Pitanje za projektanta: koliki se kapacitet gubi i kod koje duljine cijevi daljinska instalacija postaje neekonomična?
Mehanizam gubitka topline
Gubitak topline iz međusobno povezanih cjevovoda slijedi Newtonov zakon hlađenja. Brzina gubitka topline ovisi o razlici temperature između tekućine i okolnog zraka, površini cijevi i ukupnom koeficijentu prijenosa topline iz tekućine u okolinu.
Neizolirani metalni cjevovod brzo gubi toplinu. Rješenje za nošenje cijevi promjera 50 mm na 65 stupnjeva kroz temperaturu okoline od 20 stupnjeva gubi približno 150-250 W po dužnom metru. Tijekom vožnje od 20 metara gubitak je 3-5 kW. Za sustav grijanja od 30 kW to predstavlja smanjenje kapaciteta od 10-17%.
Izolirani cjevovod značajno smanjuje gubitke. Pravilno određena izolacija od mineralne vune ili pjene debljine 25-50 mm smanjuje gubitak topline na 20-40 W po metru. Istom dužinom od 20 metara gubi se samo 0,4-0,8 kW - podnošljivih 1-3% kapaciteta sustava.
Tablica 1: Gubitak topline iz međusobno povezanih cjevovoda (cijev od 50 mm, tekućina od 65 stupnjeva, ambijentalna temperatura od 20 stupnjeva)
| Stanje izolacije | Gubitak topline po metru (W/m) | Gubitak u vožnji na 10 m (kW) | Gubitak u vožnji na 20 m (kW) | Efektivni gubitak kapaciteta (30 kW sustav) |
|---|---|---|---|---|
| Neizolirana čelična cijev | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| Neizolirana PTFE cijev | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| Izolacija od mineralne vune 25mm | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| Izolacija od mineralne vune 50mm | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| Pred-izolirana (punjena-pjenom) cijev | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
Vrijednosti gubitka topline su približne za vodoravnu cijev u mirnom zraku. Stvarni gubici ovise o brzini vjetra, nosačima cijevi i cjelovitosti izolacije.
Razmatranja PTFE cijevi
PTFE spojne cijevi imaju nižu toplinsku vodljivost od metala, pružajući skromnu inherentnu izolaciju. Gubitak topline iz neizolirane PTFE cijevi je oko 20% manji nego iz ekvivalentne čelične cijevi. Ova mala prednost ne eliminira potrebu za izolacijom na dužim stazama.
PTFE cijevi imaju visok koeficijent toplinske ekspanzije. Duge ravne staze zahtijevaju ekspanzijske petlje ili mijeh kako bi se spriječilo prekomjerno naprezanje na fiksnim točkama. Prilagodbe za proširenje moraju biti integrirane s izolacijskim sustavom kako bi se izbjeglo stvaranje neizoliranih dijelova na spojevima za proširenje.
Razmak potpore za PTFE cijevi je manji nego za čelične zbog manje krutosti. Nosači stvaraju toplinske mostove kroz izolaciju. Svaki nosač treba sadržavati izolacijski jastučić između cijevi i potporne stezaljke kako bi se smanjio lokalni gubitak topline.
Smjernice za dizajn za udaljene instalacije
Prvo smanjite duljinu cijevi. Postavite PTFE izmjenjivač topline što bliže spremniku koliko dopuštaju fizička ograničenja. Svaki ušteđeni metar smanjuje gubitak topline i kapitalne troškove za cjevovode i izolaciju.
Temeljito izolirajte. Sve vruće međusobno spojene cijevi, uključujući priključke, prirubnice i ventile, treba izolirati. Uklonjivi izolacijski jastučići omogućuju pristup prirubnici i ventilu bez trajnog gubitka topline.
Dimenzionirajte izmjenjivač s izračunatim gubitkom topline uključenim u projektni zadatak. Procesno opterećenje od 30 kW s gubitkom u cijevima od 2 kW zahtijeva izmjenjivač od 32 kW, a ne 30 kW. Inkrementalni trošak je mali u usporedbi s otkrivanjem loših performansi nakon instalacije.
Uzmite u obzir brzinu protoka pumpane recirkulacije. Veći protok neznatno povećava gubitak topline po metru, ali smanjuje pad temperature po prolazu. Neto učinak na isporučenu temperaturu ovisi o specifičnoj konfiguraciji cjevovoda.
Sažetak
Udaljene instalacije PTFE izmjenjivača topline gube kapacitet grijanja zbog gubitka topline u međusobno povezanim cjevovodima. Neizolirani cjevovod preko 10 metara može izgubiti više od 10% kapaciteta sustava. Pravilna izolacija smanjuje gubitke na 1-3%.
Smjernice za projektiranje daju prioritet smanjivanju duljine cijevi, izolaciji svih vrućih površina i uključivanju izračunatih gubitaka u dimenzioniranju izmjenjivača. Niža toplinska vodljivost PTFE cijevi pruža malu inherentnu prednost, ali ne zamjenjuje izolaciju.
Inženjerska analiza za daljinski dizajn instalacije PTFE izmjenjivača topline dostupna je nakon podnošenja rasporeda cijevi, materijala i promjera cijevi, temperature tekućine, uvjeta okoline i dostupnih specifikacija izolacije.
