Oikosulku{0}}ongelma
Pinnoitussäiliö, jossa on PTFE-lämmönvaihdinritilä lattialla, näyttää hämmentävän lämpötilakuvion. Patterin lähellä oleva kylpy saavuttaa asetusarvon nopeasti. Säiliön ääripäässä oleva kylpy on 6 astetta jäljessä. Höyrynpaineen lisääminen ei sulje aukkoa-lähi-käämin vyöhyke yksinkertaisesti ylikuumenee, kun taas kaukovyöhyke pysyy kylmänä.
Ongelma ei ole riittämätön lämmöntuotto. Se on virtauksen epäjakauma. Lämmitettävästä käämistä nousevat luonnolliset konvektiovirrat luovat kiertokuvion, joka oikosulkee-. Lämmin liuos nousee kelasta, kulkee pinnan poikki, jäähtyy hieman ja laskeutuu. Mutta sen sijaan, että jäähdytetty liuos laskeutuisi tasaisesti säiliön poikki, se löytää alhaisen-vastuksen reitin takaisin kelaan ohittaen säiliön ulomman pään kokonaan.
PTFE-käämi lämmittää samaa liuosta toistuvasti kaukovyöhykkeen pysähtyessä. Tämä ohitusvirtaus vähentää järjestelmän tehollista lämmityskapasiteettia ja luo jatkuvaa lämpötilan epätasaisuutta, jota mikään höyrynpaine ei pysty korjaamaan.
Ohitusvirtausmekanismi
Ohitusvirtaus tapahtuu, kun kiertoliuos löytää suositellun reitin, joka palauttaa sen lämmönlähteeseen kulkematta koko säiliön tilavuuden läpi. Useat tekijät luovat nämä ensisijaiset polut.
Kelan sijoittaminen liian lähelle säiliön seinää luo kapean kanavan patterin ja seinän väliin. Nouseva lämmin liuos kuljettaa mukanaan nestettä tämän raon läpi. Neste oikosuluu kylmältä vyöhykkeeltä, säiliön pohjaa pitkin, seinäraon läpi ylös ja takaisin pintaan sekoittumatta kauko-vyöhykkeen tilavuuteen.
Säiliön pohjan epätäydellinen patapeitto jättää lämmittämättömiä osia. Näissä lämmittämättömissä osissa laskeutuva liuos ei kohtaa lämpösuihkua, joka kantaisi sen ylöspäin. Se jää pohjalle ja virtaa hitaasti kohti kelaa pienimmän vastuksen polkua pitkin.
Epäsäännöllinen käämin geometria-joillakin alueilla tiheä letku, toiset harvat-luovat epätasaisen lämmitystiheyden. Tiheät alueet luovat voimakkaampia lämpöpilvejä, mikä lisää virtausta. Harvat alueet edistävät vähemmän kiertoa, mikä luo kuolleita vyöhykkeitä.
Taulukko 1: Liiallisen ohitusvirtauksen diagnostiset ilmaisimet PTFE-lämmönvaihdinasennuksissa
| Ilmaisin | Mittausmenetelmä | Normaali kunto | Ohitusvirtauksen ilmaisin |
|---|---|---|---|
| Pysyvä lämpötilaero säiliön välillä | Termoparit useissa paikoissa | < 2°C variation | >4 asteen vaihtelu ei reagoi höyryn nousuun |
| Nopea lähellä{0}}käämin lämpötilavaste höyryn muutokseen | Höyryventtiilin säädön vasteaika | Tasainen vaste koko säiliössä | Near{0}}coil vastaa 2-3 minuutissa; kaukoalue kestää 15+ minuuttia |
| Pintavirtauskuvion tarkkailu | Väriaineen ruiskutus tai kelluva merkkiaine | Tasainen pinnan liike kauempana päin | Näkyvä{0}}oikosulkuvirta, joka palaa lähelle kelaa |
| Pystysuuntainen lämpötilaprofiili ääripäässä | Lämpöpari pinnalla, puolivälissä{0}}syvyydessä, lattiassa | < 2°C stratification | >5 asteen kerrostuminen (lämmin pinta, kylmä lattia) |
| Patterin lauhteen määrä vs. säiliön lämpenemis-laskelma | Höyryvirtausmittari vs. laskettu lämpökuorma | Mitatut ottelut laskettu | Mitattu ylittää lasketun (sama ratkaisu lämmitetään uudelleen) |
Ohitusfraktion kvantifiointi
Ohitusosuus-prosenttiosuus kiertävästä virtauksesta, joka palaa kierukkaan sekoittumatta kauko-vyöhykkeen tilavuuteen-, voidaan arvioida lämpötilamittauksista.
Patterin lämmönsyöttö tunnetaan höyryn lauhteen määrästä. Säiliön tilavuus ja mitattu lämpötilan nousunopeus antavat lämmitettävän tehollisen massan. Jos tehollinen massa on huomattavasti pienempi kuin säiliön kokonaismassa, ero on ohitettu tilavuus.
Esimerkiksi 10 000 litran säiliön, jossa on 80 kW lämmöntuotto, pitäisi nousta noin 0,5 astetta minuutissa, jos kaikki liuos lämmitetään tasaisesti. Jos kiertoon osallistuu tehokkaasti vain 6 000 litraa, lämpötila nousee aktiivisella alueella 0,8 astetta minuutissa, kun pysähtynyt vyöhyke pysyy kylmänä. 40 % ohitusosuus lasketaan osallistuvan volyymin suhteesta kokonaismäärään.
Suunnittelun korjaukset
Hämmennys on ohitusvirtauksen ensisijainen korjaus. Pystysuora välilevy, joka ulottuu säiliön pohjasta kelan korkeuden yläpuolelle ja joka on asetettu kohtisuoraan kelan pituuteen nähden, pakottaa liuoksen kulkemaan koko säiliön pituuden ennen paluuta kelaan. Ohjain katkaisee oikosulkupolun.
Laajennettu patterin peitto säiliön pohjassa eliminoi lämmittämättömät kuolleet alueet. PTFE-ristikon tulee kattaa vähintään 70 % säiliön lattiapinta-alasta ja ulottua 150-200 mm:n päähän kaikista seinistä. Reunaraot ovat väistämättömiä asennuksessa, mutta ne tulisi minimoida.
Syvissä säiliöissä toinen kerros PTFE-käämiä puolivälissä{0}}lämmittää useilla pystytasoilla. Tämä rikkoo vahvan termokliinin, joka voi muodostua, kun kaikki lämpö tulee pohjaan. Kaksitasoinen-lämmitys luo kaksi kiertokennoa, jotka sekoittuvat tehokkaammin kuin yksi kenno.
Virtauksenjakolaitteet -rei'itetyt levyt tai jakelupäät- voidaan integroida PTFE-kelan tukirakenteeseen. Nämä laitteet ohjaavat virtauksen tasaisesti käämin läpi, estäen ensisijaisten kanavien pääsyn avoimien alueiden läpi.
Yhteenveto
Liiallinen ohitusvirtaus osittain upotetuissa PTFE-lämmönvaihdinkäämeissä aiheuttaa jatkuvaa lämpötilan epätasaisuutta, koska se antaa kuumennetun liuoksen oikosulua- takaisin patteriin sekoittumatta täyteen säiliön tilavuuteen. Diagnostisia ilmaisimia ovat jatkuvat säiliön -lämpötilojen väliset lämpötilaerot, jotka eivät reagoi höyrynpaineen nousuun, ja nopea lähellä-kelan lämpötilavaste hitaan etä{5}}vyöhykkeen vasteella.
Ohitusosuus on arvioitu lämpötasapainolaskelmista vertaamalla todellista lämpötilan nousua teoreettiseen tasaiseen lämmitykseen. Korjauksia ovat hämmentäminen oikosulkupolkujen katkaisemiseksi, laajennettu kelan peitto kuolleiden vyöhykkeiden poistamiseksi ja monitasoinen kelojen sijoittelu syville tankeille.
Tekniset suositukset PTFE-lämmönvaihtimen ohitusvirtauksen korjaukselle ovat saatavilla, kun säiliön mitat, patterin sijoittelu, mitattu lämpötilajakauma ja nykyiset höyryn käyttötiedot on toimitettu.
