Zavaravajuća specifikacija
Raspravama o odabiru materijala izmjenjivača topline dominira toplinska vodljivost. Čini se da su nehrđajući čelik pri 16 W/m·K i titan pri 22 W/m·K odlučno bolji od PTFE pri 0,25 W/m·K. Na specifikacijskom listu, metali pobjeđuju.
U kadi-sklonoj cinčanju ili niklanju, list sa specifikacijama govori manje od pola priče. Nakon šest mjeseci rada, površina metalne zavojnice obložena je cementnim -slojem metalnih hidroksida i kalcijevog sulfata. Izmjereni ukupni koeficijent prijenosa topline pao je 50% ili više od čiste vrijednosti. Zavojnicu je potrebno ukloniti radi kemijskog uklanjanja kamenca. Proizvodnja se zaustavlja. Kupka hladi. Četiri sata kasnije, čista zavojnica se ponovno postavlja i ciklus počinje iznova.
PTFE zavojnica u susjednom spremniku nakupila je tanku prašinu mulja koja se djelomično skida tijekom normalnog miješanja kupke. Koeficijent prijenosa topline pao je za 8% od čiste vrijednosti. Nije potrebno čišćenje. Proizvodnja se nastavlja.
Faktor obraštanja
Otpornost na onečišćenje dodaje se ukupnom toplinskom otporu bilo kojeg izmjenjivača topline. Ukupni koeficijent prijenosa topline obrnut je od zbroja pojedinačnih otpora: parna-bočna folija, stijenka cijevi, procesna-bočna folija i sloj zaprljanja.
Za čistu metalnu zavojnicu, otpor stijenke cijevi je zanemariv. Ukupnom U-vrijednošću dominira koeficijent filma-na strani procesa. Početna U-vrijednost je visoka.
Za zaprljanu metalnu zavojnicu otpor zaprljanog sloja je velik i dominantan. Naslage mulja na metalu imaju jaku adheziju zbog elektrostatskog privlačenja i mehaničkog spajanja s hrapavošću površine. Polog se stalno povećava. Nakon šest mjeseci, otpornost na onečišćenje premašuje sve ostale otpornosti zajedno. Ukupna U-vrijednost naglo pada.
Za PTFE zavojnicu, otpor stijenke cijevi je značajan čak i kada je čist. Čista U-vrijednost niža je nego za čisti metal. Ovo je kazna toplinske vodljivosti. Ali otpornost sloja onečišćenja raste sporo jer mulj slabo prianja na nisko{4}}energetsku PTFE površinu. Nakon šest mjeseci, otpornost na onečišćenje je djelić otpornosti metalne zavojnice na onečišćenje. Ukupna U-vrijednost PTFE zavojnice, koja je počela niža, sada može biti jednaka ili premašiti U-vrijednost zaprljane metalne zavojnice.
Tablica 1: Performanse prijenosa topline tijekom vremena u kupki s muljem- (tipične vrijednosti)
| Razdoblje rada | U-vrijednost metalne zavojnice (W/m²·K) | PTFE zavojnica U-vrijednost (W/m²·K) | Prednost učinkovite izvedbe |
|---|---|---|---|
| 1. dan (čisto) | 800 | 280 | Metal +185% |
| 1. mjesec | 550 | 270 | Metal +104% |
| 3. mjesec | 380 | 255 | Metal +49% |
| mjesec 6 | 290 | 240 | Metal +21% |
| 6. mjesec (nakon čišćenja metala) | 800 | 240 | Metal +233% (privremeno) |
| Prosječno tijekom 12 mjeseci (uključujući vrijeme prekida čišćenja metala) | 420 | 245 | Metal +71% (kontinuirano u odnosu na povremeno) |
Vrijednosti ilustrativne na temelju terenskih promatranja u cinčanju i niklanju. Stvarne stope onečišćenja ovise o kemiji kupke, temperaturi i miješanju. Čišćenje metala pretpostavlja se svakih 6 mjeseci s 4 sata zastoja po događaju. PTFE ne podrazumijeva zastoje u čišćenju.
Faktor zastoja
Usporedba toplinske izvedbe mora uzeti u obzir dostupnost. Metalna zavojnica uklonjena radi čišćenja ne isporučuje nultu toplinu tijekom perioda čišćenja. Kupka hladi. Nakon ponovnog pokretanja potrebna je dodatna energija za ponovno zagrijavanje kupke na radnu temperaturu. Ova energetska kazna dio je troškova životnog ciklusa.
Zavojnica od PTFE-a koja radi kontinuirano bez prekida čišćenja osigurava konstantan unos topline. Nema kazne za podgrijavanje. Proizvodni planovi se ne prekidaju zbog održavanja zavojnice. Efektivna godišnja isporuka topline-ukupna energija prenesena u proces tijekom godine-može pogodovati PTFE svitku iako je njegova trenutna čista U-vrijednost niža.
Više od toplinske izvedbe
Usporedba onečišćenja utječe na više od prijenosa topline. Kemijsko uklanjanje kamenca s metalnih zavojnica stvara opasnu otpadnu kiselinu koju je potrebno zbrinuti. Svaki ciklus čišćenja uklanja malu količinu osnovnog metala zajedno s kamencem, postupno stanjujući stijenku cijevi. Nakon godina cikličkog uklanjanja kamenca i kamenca, metalna zavojnica zahtijeva zamjenu zbog stanjivanja stjenke, a ne zbog onečišćenja.
PTFE zavojnice otporne su na kemijski napad kemikalija za uklanjanje kamenca, ali rijetko im je potrebno uklanjanje kamenca. Kada je potrebno čišćenje, inertna površina podnosi agresivna sredstva za čišćenje bez degradacije. Ne gubi se osnovni materijal. Debljina stijenke ostaje konstantna tijekom životnog vijeka opreme.
Sažetak
Toplinska vodljivost nije jedina determinanta performansi izmjenjivača topline u kupkama za galvaniziranje -sklonih mulju. Stope onečišćenja na metalnim površinama smanjuju početne toplinske prednosti u roku od nekoliko mjeseci. Niska površinska energija PTFE-a smanjuje adheziju mulja, održavajući stabilne koeficijente prijenosa topline tijekom duljeg razdoblja bez prekida čišćenja.
Usporedba životnog ciklusa mora uključivati porast otpornosti na onečišćenje, učestalost čišćenja, energetske kazne za vrijeme prekida rada i troškove kemijskog čišćenja. Kada se uključe ovi čimbenici, PTFE izmjenjivači topline često daju nižu ukupnu cijenu i dosljedniju toplinsku izvedbu od metalnih ekvivalenata u aplikacijama-sklonim mulju.
Inženjerska analiza za usporedbu životnog ciklusa PTFE-a u odnosu na metalni izmjenjivač topline u specifičnim kupkama-sklonim mulju dostupna je nakon podnošenja podataka o kemijskom sastavu kupke, podataka o stopi onečišćenja, trenutnoj učestalosti i troškovima čišćenja te potrebnom grijanju.
