Ravnoteža pothlađenja
Kondenzat napušta parom-grijani PTFE izmjenjivač topline na temperaturi nižoj od temperature zasićenja parom. Ova temperaturna razlika je stupanj pothlađivanja. Ako se kondenzat ispušta prevruće-s premalim pothlađivanjem-treperi u paru u povratnom vodu kondenzata nižeg{5}}tlaka. Nastala para predstavlja izgubljenu energiju koju mora nadomjestiti kotao. Ako se kondenzat previše pothladi, vod kondenzata se hladi, a rizik od vodenog udara zbog kondenzacijskih parnih džepova se smanjuje-ali izmjenjivač topline možda radi s natopljenim cijevima, smanjujući efektivnu površinu.
Optimalni stupanj pothlađivanja uravnotežuje ove konkurentske čimbenike. Omogućuje dovoljno hlađenja kako bi se minimalizirao gubitak isparljive pare uz održavanje temperature kondenzata dovoljno visokom kako bi se osiguralo da cijevi izmjenjivača topline nisu preplavljene rezervnim-kondenzatom.
Za PTFE izmjenjivače topline, optimalni raspon pothlađivanja malo se razlikuje od metalnih izmjenjivača jer PTFE cijevi imaju manju toplinsku masu i brže reagiraju na promjene u razini kondenzata.
Mehanizam Flash Steam
Kondenzat pri temperaturi i tlaku zasićenja sadrži osjetljivu toplinu pri entalpiji zasićenja. Kada ovaj kondenzat prolazi kroz odvajač pare u povratni vod nižeg{1}}tlaka, višak entalpije uzrokuje da dio kondenzata pređe u paru. Frakcija koja treperi je: Flash frakcija=(hf1 - hf2) / hfg2, gdje je hf1 entalpija kondenzata pri uzvodnom tlaku, hf2 je entalpija kondenzata pri nizvodnom tlaku, a hfg2 je latentna toplina pri nizvodnom tlaku.
Za ispuštanje kondenzata iz sustava od 3 bara (143 stupnja) u atmosferski povratni vod (100 stupnjeva), udio bljeskalice je približno 10%. Jedan kilogram kondenzata proizvodi 0,1 kg isparljive pare. Ova isprekidana para putuje niz povratni vod, često ispuštajući se u atmosferu na prijemniku kondenzata. Izgubljenu paru potrebno je nadoknaditi dodatnim loženjem kotla.
Pothlađenje kondenzata prije nego što prođe kroz sifon smanjuje udio bljeskalice. Pri pothlađivanju od 10 stupnjeva (pražnjenje na 133 stupnja umjesto na 143 stupnja), udio bljeskalice pada na približno 6%. Pri pothlađivanju od 20 stupnjeva pada na 2%.
Tablica 1: Odnos isparljive pare i pothlađenja (para od 3 bara, povrat atmosferskog kondenzata)
| Temperatura ispuštanja kondenzata (stupnjevi) | Stupanj pothlađenja ( stupanj ) | Frakcija bljeskalice (%) | Gubitak energije (kW po 100 kW rada) | Rizik od vodenog čekića | Opasnost od poplave cijevi |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (zasićeno) | 0 | 10 | 3.5 | Visok (dvo{0}}fazni protok u povratnom vodu) | Nijedan |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Umjereno | Vrlo nisko |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Niska | Niska |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Vrlo nisko | Umjereno |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Nijedan | Visoko (vjerojatno poplavljene cijevi) |
Metoda kontrole PTFE pothlađenja
Pothlađivanje se kontrolira dizajnom za odvodnju kondenzata, a ne regulatorom temperature. Odgovarajuće veličine plutajućeg-i-termostatskog parnog odvajača održava nepropusnost kondenzata u odvodnoj liniji dok kontinuirano ispušta kondenzat. Brtva sprječava puhanje žive pare kroz sifon. Kontinuirano pražnjenje izbjegava povremene udare koji uzrokuju vodeni udar.
Prirodno pothlađivanje koje se događa kada kondenzat otječe kroz PTFE cijevi izmjenjivača topline i kolektor kondenzata osigurava 5-10 stupnjeva pothlađivanja bez ikakve dodatne opreme. Stijenka PTFE cijevi na strani kondenzata je u kontaktu s procesnom tekućinom koja ima nižu temperaturu od pare. Kako kondenzat otječe duž ovog zida, on se hladi.
Ako je potrebno dodatno pothlađivanje, kratka duljina nezagrijane cijevi kondenzata između izmjenjivača i sifona to omogućuje. Cijev djeluje kao izmjenjivač topline između kondenzata i okolnog zraka. Za PTFE sustave ovo je rijetko potrebno jer je prirodno pothlađenje od 5-10 stupnjeva blizu optimalnog.
Priključak vodenog čekića
Vodeni udar u povratnim vodovima kondenzata uzrokovan je kolapsom parnih džepova. Kada para i pothlađeni kondenzat istovremeno postoje u cijevi, mjehurići pare se brzo skupljaju dok se kondenziraju. Mjehurić koji se urušava stvara lokalizirani vakuum koji uvlači okolnu tekućinu prema unutra. Udarac tekućih masa stvara puls pritiska čekića.
Uklanjanje nagle pare održavanjem 10-15 stupnjeva pothlađivanja uklanja izvor mjehurića pare. Povratni vod kondenzata teče kao jednofazna tekućina, koja je tiha i mehanički benigna. Gubitak energije iz isparljive pare smanjen je za 50-65% u usporedbi s ispuštanjem zasićenog kondenzata.
Sažetak
Optimalni stupanj pothlađivanja kondenzata za PTFE izmjenjivače topline je 10-15 stupnjeva. Ovo smanjuje bljesak gubitak pare na 3,5-5,5% ukupnog protoka pare, u usporedbi s 10% za zasićeno pražnjenje, dok se održava drenaža cijevi bez poplave. Prirodno pothlađivanje koje se događa dok kondenzat istječe kroz PTFE cijevi i kolektor osigurava većinu ovog pothlađivanja bez dodatne opreme.
Pothlađenje od 10-15 stupnjeva također eliminira vodeni udar osiguravajući jednofazni protok tekućine u povratnom vodu kondenzata. Ušteda energije zbog smanjene bljeskalice, u kombinaciji sa smanjenim održavanjem zbog uklanjanja vodenog udara, osigurava brzi povrat bilo koje investicije u optimizaciju sustava kondenzacije.
Inženjerske preporuke za konstrukciju kondenzacijskog sustava PTFE izmjenjivača topline dostupne su nakon podnošenja tlaka pare, tlaka sustava povrata kondenzata, toplinskog opterećenja i bilo kakvog uočenog vodenog udara ili visokih temperatura kondenzata.
