Paradoksi
PTFE-lämmönvaihdin, joka on mitoitettu 60 kW:n käyttöön 4 bargin höyrynpaineella, ei pysty ylläpitämään prosessilämpötilan asetusarvoa, kun se toimii 4 bargin paineella. Höyryventtiili avautuu kokonaan. Kylvyn lämpötila laskee alle tavoitteen. Mutta kun käyttäjä laskee höyryn paineen 2 bargiin, vaihdin toimii yhtäkkiä paremmin-kylvyn lämpötila nousee ja vakiintuu lähelle asetuspistettä. Vaihdin tuottaa enemmän lämpöä pienemmällä höyrynpaineella. Tämä on vastoin{10}}intuitiivista.
Syynä on kondenssiveden tulva korkeammalla paineella. 4 bargissa höyryn lämpötila on 152 astetta ja lämmönsiirtonopeus pinta-alayksikköä kohti on korkea. Lauhteen muodostumisnopeus on vastaavasti korkea. Lauhteenpoistojärjestelmä-höyrylukko ja paluuputkisto-ei kestä kondenssiveden huippukuormitusta 4 bargissa. Lauhde palautuu putkiin ja tulvii alaosan. Vuotaneet putket eivät edistä lämmönsiirtoa. Tehokas pinta-ala pienenee. Vaihdin ei voi täyttää nimellisarvoaan.
2 bargissa höyryn lämpötila on 133 astetta. Lämmönsiirtonopeus on pienempi ja lauhteen muodostumisnopeus pienempi. Viemärijärjestelmä kestää pienentyneen kuorman. Tulvia ei tapahdu. Kaikki putket edistävät lämmönsiirtoa. Tehokas pinta-ala on suurempi kuin 4 barg (jossa tulva poisti osan alueesta). Kokonaislämpöteho on suurempi pienemmällä paineella alhaisemmasta LMTD:stä huolimatta.
Lauhteen kuormituksen laskenta
Lauhteen muodostumisnopeus on: m_cond=Q / h_fg, missä Q on lämpömäärä ja h_fg on höyryn piilevä lämpö. 4 bargin paineella h_fg on noin 2 100 kJ/kg. 2 bargin paineella se on noin 2 160 kJ/kg. Piilevä lämpö on lähes vakio, joten lauhteen massavirta on suoraan verrannollinen lämpötyöhön.
Jos 4 bargin vaihdin yrittää tuottaa 60 kW, lauhteen kuormitus on 60/2, 100=0.0286 kg/s=103 kg/h. 2 bargin paineella 45 kW:n alennettuun käyttöön (alempi LMTD rajoittaa) kuormitus on 45/2,160=0.0208 kg/s=75 kg/h-27 % vähennys.
Höyrylukon ja lauhteen paluulinjan on oltava mitoitettu kondenssivesihuipun mukaan. Jos erotin valittiin normaalin käyttötilan perusteella 2-3 bargin paineessa, se voi olla alimitoitettu 4 bargin koteloon, jossa kondenssiveden kuormitus on suurempi. Loukun kapasiteetti käyttöpaine-erolla (höyrypaine miinus paluulinjan paine) määrittää, kestääkö se kuorman.
| Höyrypaine | Lämpökäyttö | Kondenssiveden kuormitus | Trap-kapasiteetti (esimerkki: DN15 F&T) | Tulvia? |
|---|---|---|---|---|
| 2 barg | 45 kW | 75 kg/h | 120 kg/h paineessa 1,5 bar ΔP | Ei |
| 3 barg | 53 kW | 89 kg/h | 140 kg/h paineessa 2,5 bar ΔP | Ei |
| 4 barg | 60 kW | 103 kg/h | 100 kg/h paineessa 3,5 bar ΔP (pienentynyt kapasiteetti leimahdushöyryn vuoksi) | Kyllä |
Diagnostinen vahvistus
Tulvadiagnoosi vahvistetaan mittaamalla putken seinämän lämpötilaprofiili. Jos putkien alaosat ovat viileitä (lähellä prosessilämpötilaa), lauhde tulvii näitä osia. Mittaus voidaan tehdä infrapunalämpömittarilla tai kontaktitermoparilla putkinipun saavutettavista kohdista.
Toinen vahvistus on lauhteenpoistokapasiteetin tilapäinen lisäys. Höyrylukon ohituksen avaaminen hetkeksi (jos ohitus on asennettu) tai lauhteen paluulinjan tuuletuksen lisääminen voi tilapäisesti poistaa tulvan ja palauttaa lämmöntuoton 4 barg:iin. Jos tämä testi palauttaa suorituskyvyn, viemärijärjestelmä on alimitoitettu.
Korjaava toimenpide
Pysyvä ratkaisu on lisätä lauhteenpoistokapasiteettia. Vaihtoehtoja ovat: suuremman höyrylukon asentaminen, toisen erottimen lisääminen rinnakkain, lauhteen paluulinjan halkaisijan kasvattaminen, lauhteen paluulinjan vastapaineen vähentäminen (parannamalla tuuletusta tai asentamalla kondenssivesipumppu) tai -kaltea lauhteen kokooja parantaaksesi vedenpoistoa.
Jos tyhjennyskapasiteetin lisääminen ei ole mahdollista, höyrynpaine voidaan rajoittaa maksimiin, jonka viemärijärjestelmä pystyy käsittelemään ilman tulvimista. Paineen-rajoitusventtiili tai ohjausjärjestelmän asetusarvon raja estää toiminnan paineissa, jotka aiheuttavat tulvimista.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihdin, joka toimii paremmin alhaisella höyrypaineella kuin suunnittelupaineella, kokee kondenssiveden tulvimista korkeammalla paineella. Lauhteen muodostumisnopeus ylittää viemärijärjestelmän kapasiteetin, mikä tulvii alemmat putkiosat ja pienentää tehollista pinta-alaa. Diagnoosi vahvistetaan putken seinämän lämpötilaprofiloinnilla ja loukun ohitustestillä. Ratkaisu on vedenpoistokapasiteetin lisääminen tai höyryn maksimipaineen rajoittaminen.
Tekninen tuki PTFE-lämmönvaihtimen suorituskyvyn vianmääritykseen on saatavilla, kun toimitetaan höyrynpaine, lauhteen kuormitus, erottimen tekniset tiedot, lauhteen paluulinjan konfiguraatio ja havaitut suorituskykytiedot.
