Problem-kratkog spoja
Obloženi spremnik s PTFE rešetkom izmjenjivača topline na podu pokazuje zbunjujući uzorak temperature. Kupka u blizini zavojnice brzo dostiže zadanu vrijednost. Kupka na udaljenom kraju spremnika zaostaje za 6 stupnjeva. Povećanje tlaka pare ne zatvara razmak-bližnja-zona zavojnice jednostavno se pregrije dok udaljena zona ostaje hladna.
Problem nije nedovoljan unos topline. To je loša distribucija protoka. Prirodne konvekcijske struje koje se dižu iz zagrijane zavojnice stvaraju obrazac cirkulacije koji kratko -spojuje. Topla otopina se diže iz zavojnice, putuje po površini, malo se ohladi i spušta. Ali umjesto ravnomjernog spuštanja preko spremnika, ohlađena otopina pronalazi put niskog-otpora natrag do zavojnice, u potpunosti zaobilazeći udaljeni kraj spremnika.
PTFE zavojnica stalno zagrijava istu otopinu dok udaljena zona stagnira. Ovaj premosni tok smanjuje efektivni kapacitet grijanja sustava i stvara trajnu temperaturnu ne{1}}ujednačenost koju nikakav pritisak pare ne može ispraviti.
Mehanizam protoka premosnice
Premosni tok se događa kada cirkulirajuća otopina pronađe željeni put koji je vraća u izvor topline bez prelaženja cijelog volumena spremnika. Nekoliko čimbenika stvara ove preferirane putove.
Postavljanje zavojnice preblizu stijenki spremnika stvara uzak kanal između zavojnice i stijenke. Dižuća topla otopina povlači tekućinu kroz ovaj otvor. Tekućina u kratkom-krugu iz hladne zone, duž dna spremnika, gore kroz zidni otvor i natrag na površinu bez miješanja s volumenom daleke-zone.
Nepotpuna pokrivenost zavojnicom dna spremnika ostavlja nezagrijane dijelove. Otopina koja se spušta u ove nezagrijane dijelove ne nailazi na toplinski oblak koji bi je nosio prema gore. Ostaje na dnu, teče polako prema zavojnici duž puta najmanjeg otpora.
Nepravilna geometrija zavojnice-neka područja s gustim cijevima, druga rijetka-stvaraju nejednaku gustoću grijanja. Gusta područja stvaraju jače toplinske oblake, privlačeći više protoka. Rijetka područja manje doprinose cirkulaciji, stvarajući mrtve zone.
Tablica 1: Dijagnostički pokazatelji prekomjernog protoka preko premosnice u instalacijama PTFE izmjenjivača topline
| Indikator | Metoda mjerenja | Normalno stanje | Indikacija protoka premosnice |
|---|---|---|---|
| Stalna temperaturna razlika u spremniku | Termoparovi na više mjesta | < 2°C variation | >Varijacija od 4 stupnja ne reagira na povećanje pare |
| Brza reakcija temperature blizu-zavojnice na promjenu pare | Vrijeme odziva na podešavanje parnog ventila | Ujednačen odziv u cijelom spremniku | Near{0}}zavojnica reagira za 2-3 minute; daleka zona traje 15+ minuta |
| Promatranje uzorka površinskog strujanja | Ubrizgavanje boje ili plutajući tragač | Ravnomjerno kretanje površine prema udaljenom kraju | Vidljivi tok kratkog-spoja koji se vraća u blizini zavojnice |
| Vertikalni profil temperature na udaljenom kraju | Termoelement na površini, sred-dubine, poda | < 2°C stratification | >Stratifikacija od 5 stupnjeva (topla površina, hladan pod) |
| Stopa kondenzata u zavojnici u odnosu na izračun-zagrijavanja spremnika | Mjerač protoka pare u odnosu na izračunato toplinsko opterećenje | Izmjerena podudaranja izračunata | Izmjereno premašuje izračunato (podgrijavanje iste otopine) |
Kvantificiranje premosne frakcije
Premosni udio-postotak cirkulirajućeg protoka koji se vraća u zavojnicu bez miješanja s volumenom daleke-zone-može se procijeniti iz mjerenja temperature.
Unos topline izmjenjivača poznat je iz količine parnog kondenzata. Volumen spremnika i izmjerena brzina porasta temperature daju efektivnu masu koja se zagrijava. Ako je efektivna masa znatno manja od ukupne mase spremnika, razlika je premošteni volumen.
Na primjer, spremnik od 10 000 litara s 80 kW ulazne topline trebao bi porasti za približno 0,5 stupnjeva u minuti ako se sva otopina jednoliko zagrije. Ako samo 6000 litara učinkovito sudjeluje u cirkulaciji, porast temperature bit će 0,8 stupnjeva u minuti u aktivnoj zoni, dok zona stagnacije ostaje hladna. Frakcija premosnice od 40% izračunava se iz omjera sudjelujućeg volumena i ukupnog volumena.
Ispravci dizajna
Zbunjivanje je primarna korekcija za premosni protok. Okomita pregrada koja se proteže od dna spremnika do iznad visine zavojnice, postavljena okomito na duljinu zavojnice, tjera otopinu da putuje cijelom duljinom spremnika prije nego što se vrati u zavojnicu. Pregrada prekida put-kratkog spoja.
Proširena pokrivenost zavojnice preko dna spremnika eliminira negrijane mrtve zone. PTFE rešetka treba pokriti najmanje 70% površine poda spremnika, protežući se unutar 150-200 mm od svih zidova. Rubni razmaci neizbježni su za pristup instalaciji, ali ih treba svesti na minimum.
Za duboke spremnike, drugi sloj PTFE zavojnice na srednjoj-dubini osigurava grijanje na više okomitih razina. Ovo razbija jaku termoklinu koja se može formirati kada sva toplina uđe na dno. Dvo-razinsko grijanje stvara dvije cirkulacijske ćelije koje se miješaju učinkovitije nego jedna ćelija.
Uređaji za distribuciju protoka-perforirane ploče ili razvodni kolektori-mogu se integrirati s potpornom strukturom PTFE zavojnice. Ovi uređaji ravnomjerno usmjeravaju protok kroz snop zavojnice, sprječavajući preferirane kanale kroz otvorena područja.
Sažetak
Prekomjerni premosni protok u djelomično uronjenim PTFE zavojnicama izmjenjivača topline uzrokuje stalnu temperaturnu ne{0}}ujednačenost dopuštajući zagrijanoj otopini kratki-spoj natrag na zavojnicu bez miješanja s punim volumenom spremnika. Dijagnostički pokazatelji uključuju postojane temperaturne razlike-spremnika koje ne reagiraju na povećanje tlaka pare i brz odziv temperature u blizini-zavojnice sa sporim odgovorom u -zoni.
Udio premosnice procjenjuje se iz izračuna toplinske bilance uspoređujući stvarni porast temperature s teorijskim ravnomjernim zagrijavanjem. Ispravci uključuju zbunjivanje za prekidanje kratkih-spoja, proširenu pokrivenost zavojnice za uklanjanje mrtvih zona i više-postavljanje zavojnice za duboke spremnike.
Inženjerske preporuke za korekciju protoka premosnice PTFE izmjenjivača topline dostupne su nakon podnošenja dimenzija spremnika, rasporeda zavojnice, izmjerene raspodjele temperature i trenutnih podataka o radu pare.
