Problem pada potražnje za toplinom
Kanali za kontinuiranu obradu-koji se koriste za dekapiranje metalnih traka, čišćenje žice i kontinuirano galvaniziranje-imaju karakterističan toplinski profil. Procesna tekućina ili obradak ulazi u kanal hladan i zahtijeva visok unos topline na ulaznom dijelu kako bi se postigla radna temperatura. Kako tekućina ili izradak putuje duž kanala i dostiže temperaturu, potreba za toplinom opada. Kod izlaznog dijela potrebna je samo mala količina topline za kompenzaciju gubitaka u okolini i održavanje temperature.
Izmjenjivač topline s ujednačenim promjerom cijevi duž cijele duljine kanala osigurava ujednačen kapacitet grijanja po jedinici duljine. Kako bi se zadovoljila sve manja potražnja za toplinom, tlak pare mora biti prigušen duž kanala-veći tlak na ulazu, niži na izlazu-ili izmjenjivač mora biti prevelik za izlaznu zonu, trošenje površine i povećanje troškova.
PTFE izmjenjivač topline s stupnjevanim promjerima cijevi-većim cijevima na ulazu gdje je potražnja za toplinom velika, manjim cijevima na izlazu gdje je potražnja niska-usklađuje instalirani kapacitet grijanja s toplinskim profilom. Tlak pare je ravnomjeran u cijelom izmjenjivaču. Površina se učinkovito koristi. Trošak je optimiziran.
Graduirani dizajn promjera
Izmjenjivač topline je podijeljen u sekvencijalne zone duž duljine kanala. Zona 1, na ulazu u proces, koristi cijevi najvećeg promjera (obično 12 mm OD). Zona 2 koristi srednje cijevi (10 mm OD). Zona 3, na izlazu iz procesa, koristi najmanje cijevi (8 mm OD). Broj cijevi po zoni također može varirati radi-podešavanja kapaciteta.
Cijevi većeg promjera u Zoni 1 daju veću površinu po jedinici duljine i mogu primiti veće stope protoka pare, dajući visok unos topline potreban na ulazu u kanal. Cijevi manjeg promjera u zoni 3 daju manju površinu po jedinici duljine, što odgovara smanjenoj potrebi za toplinom na izlazu iz kanala.
Prijelaz između zona upravlja se stepenastim zaglavljima. Glavni kolektor za dovod pare smanjuje se u promjeru na svakom prijelazu zone. Zonski pod-zglavci distribuiraju paru u cijevi u svojoj zoni. Skupljanje kondenzata odražava raspored dovoda. Cijeli sklop je proizveden kao jedna kontinuirana jedinica sa zajedničkim potpornim okvirom.
| Parametar zone | Zona 1 (ulaz) | Zona 2 (sredina) | Zona 3 (Izlaz) |
|---|---|---|---|
| Dio ukupne duljine kanala | 25% | 35% | 40% |
| Udio ukupne toplinske obveze | 50% | 35% | 15% |
| OD cijevi (mm) | 12 | 10 | 8 |
| Debljina stijenke cijevi (mm) | 1.2 | 1.0 | 0.8 |
| Relativna površina po jedinici duljine | 1.5× | 1.0× | 0.67× |
| Promjer parnog kolektora (mm) | 50 | 40 | 25 |
| Strategija kontrole | Jednostruki tlak pare; kapacitet usklađen s geometrijom | Jednostruki pritisak | Jednostruki pritisak |
Usklađivanje toplinske izvedbe
Dizajn stupnjevanog promjera analizira se dijeljenjem kanala u konačne segmente i rješavanjem toplinske bilance za svaki segment. Koeficijent prijenosa topline varira s promjerom cijevi i uvjetima protoka. Analiza potvrđuje da instalirana površina u svakoj zoni, u kombinaciji s lokalnom temperaturom procesne tekućine i ravnomjernom temperaturom pare, isporučuje traženi toplinski učinak.
Cilj dizajna je proizvesti gladak profil temperature duž kanala: temperatura procesne tekućine brzo raste u Zoni 1, približava se ciljnoj vrijednosti u Zoni 2 i ostaje stabilna u Zoni 3. Graduirani promjeri cijevi, u kombinaciji s odgovarajućim brojem cijevi po zoni, postižu ovaj profil s ujednačenim tlakom pare i bez ventila za kontrolu protoka osim glavnog ventila za dovod pare.
Prednost optimizacije troškova
Dizajn stupnjevanog promjera koristi manje ukupnog PTFE materijala od jednoličnog dizajna veličine za vršnu potrebu za toplinom. Ujednačeni dizajn koristio bi cijevi od 12 mm kroz cijelu duljinu kanala, osiguravajući višak kapaciteta u zonama 2 i 3. Stupnjevi dizajn štedi otprilike 15-25% troškova materijala cijevi, plus povezane uštede u veličini zaglavlja i potpornoj strukturi.
Jednostruki tlak pare pojednostavljuje sustav upravljanja. Umjesto višestrukih redukcijskih ventila-tlaka i regulatora temperature za svaku zonu, jedan kontrolni ventil upravlja cijelim izmjenjivačem. Smanjeni su kapitalni troškovi i teret održavanja sustava upravljanja.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline s stupnjevanim promjerima cijevi usklađuju instalirani kapacitet grijanja s opadajućim profilom potrebe za toplinom kontinuiranih kanala za obradu. Veće cijevi na ulazu u proces daju veliki unos topline; sve manje cijevi prema izlazu odgovaraju smanjenoj potražnji. Dizajn koristi ujednačeni tlak pare, eliminira-kontrolne ventile specifične za zonu i štedi 15-25% u troškovima materijala u usporedbi s dizajnom ujednačenog promjera koji odgovara vršnoj potražnji. Pristup je primjenjiv na bilo koji kontinuirani proces gdje potražnja za toplinom predvidljivo varira duž putanje protoka.
Inženjerska podrška za konstrukciju PTFE izmjenjivača topline s postupnim-promjerom dostupna je nakon podnošenja dimenzija kanala, brzine protoka procesne tekućine i ulazne temperature, ciljanog temperaturnog profila i dostupnog tlaka pare.
