Alijäähdytyksen tasapaino
Kondensaatti lähtee höyryllä{0}}lämmitetystä PTFE-lämmönvaihtimesta, jonka lämpötila on alhaisempi kuin höyrykyllästyslämpötila. Tämä lämpötilaero on alijäähdytysaste. Jos lauhde poistuu liian kuumana-liian vähäisellä alijäähdytyksellä-, se vilkkuu höyryn alemman-paineen lauhteen paluulinjassa. Leimahdushöyry edustaa menetettyä energiaa, joka on korvattava kattilalla. Jos kondenssivettä alijäähdytetään liikaa, lauhdeputki jäähtyy ja vesivasaran riski kondensoituvista höyrytaskuista pienenee,-mutta lämmönvaihdin saattaa toimia tulvineiden putkien kanssa, mikä pienentää tehollista pinta-alaa.
Optimaalinen alijäähdytysaste tasapainottaa nämä kilpailevat tekijät. Se tarjoaa riittävästi jäähdytystä minimoidakseen leimahdushöyryhäviön pitäen samalla lauhteen lämpötilan riittävän korkeana varmistaakseen, että lämmönvaihtimen putkia ei tulvi tiivistetyllä-kondensaatiolla.
PTFE-lämmönvaihtimien optimaalinen alijäähdytysalue eroaa hieman metallisten vaihtimien, koska PTFE-putkien lämpömassa on pienempi ja ne reagoivat nopeammin lauhteen tason muutoksiin.
Flash Steam -mekanismi
Kyllästyslämpötilassa ja -paineessa oleva lauhde sisältää lämpöä kyllästysentalpiassa. Kun tämä lauhde kulkee höyrylukon läpi alhaisemman-paineen paluulinjaan, liiallinen entalpia saa osan kondensaatista leimahtamaan höyryksi. Vilkkuva fraktio on: Leimahdusfraktio=(hf{4}} hf2) / hfg2, jossa hf1 on kondensaatin entalpia ylävirran paineessa, hf2 on lauhteen entalpia alavirran paineessa ja hfg2 on piilevä lämpö alavirran paineessa.
Kondensaatin purkaessa 3 bargin (143 astetta) järjestelmästä ilmakehän paluulinjaan (100 astetta), leimahdusosuus on noin 10 %. Yksi kilo kondensaattia tuottaa 0,1 kg leimahdushöyryä. Tämä leimahdushöyry kulkee paluulinjaa pitkin ja usein purkautuu ilmakehään kondenssiveden vastaanottimessa. Menetetty höyry on korvattava lisälämmityksellä.
Lauhteen alijäähdyttäminen ennen kuin se kulkee erottimen läpi vähentää leimahdusosuutta. 10 asteen alijäähdytyksellä (purkaus 133 asteessa 143 asteen sijaan) leimahdusfraktio laskee noin 6 %:iin. 20 asteen alijäähdytyksellä se laskee 2 prosenttiin.
Taulukko 1: Pikahöyryn ja alijäähdytyksen suhde (3 barg höyryä, ilmakehän lauhteen palautus)
| Lauhteen poistolämpötila ( aste ) | Alijäähdytysaste ( aste ) | Flash Steam -fraktio (%) | Energiahäviö (kW per 100 kW käyttö) | Vesivasaran riski | Putken tulvavaara |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (kyllästetty) | 0 | 10 | 3.5 | Korkea (kaksi{0}}vaiheen virtaus paluujohdossa) | Ei mitään |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Kohtalainen | Erittäin matala |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Matala | Matala |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Erittäin matala | Kohtalainen |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Ei mitään | Korkea (tulvineet putket todennäköisesti) |
PTFE-alijäähdytyksen ohjausmenetelmä
Alijäähdytystä ohjataan kondenssiveden poistojärjestelmällä, ei lämpötilansäätimellä. Oikean kokoinen uimuri-ja-termostaattinen höyrylukko ylläpitää kondenssiveden tiivistystä tyhjennyslinjassa samalla, kun se purkaa kondenssivettä jatkuvasti. Tiiviste estää elävän höyryn puhaltamisen loukun läpi. Jatkuva tyhjennys välttää ajoittaiset etanat, jotka aiheuttavat vesivasaroita.
Luonnollinen alijäähdytys, joka tapahtuu lauhteen poistuessa PTFE-lämmönvaihdinputkien ja lauhteen kokoojan kautta, tarjoaa 5-10 astetta alijäähdytystä ilman lisälaitteita. Lauhteen puoleinen PTFE-putken seinämä on kosketuksessa prosessinesteen kanssa, jonka lämpötila on alhaisempi kuin höyryn lämpötila. Kun kondenssivesi valuu tätä seinää pitkin, se jäähtyy.
Jos halutaan lisäjäähdytystä, lyhyt lämmittämätön lauhdeputkisto vaihtimen ja erottimen välillä tarjoaa sen. Putki toimii lämmönvaihtimena lauhteen ja ulkoilman välillä. PTFE-järjestelmissä tämä on harvoin tarpeen, koska luonnollinen 5-10 asteen alijäähdytys on lähellä optimia.
Vesivasaran liitäntä
Vesivasara lauhteen palautuslinjoissa johtuu höyrytaskujen romahtamisesta. Kun leimahdushöyry ja alijäähdytetty lauhde esiintyvät rinnakkain putkessa, höyrykuplat romahtavat nopeasti tiivistyessään. Taittuva kupla luo paikallisen tyhjiön, joka vetää ympäröivän nesteen sisäänpäin. Nestemäisten massojen isku saa aikaan vasaran painepulssin.
Flash-höyryn poistaminen ylläpitämällä 10-15 asteen alijäähdytystä eliminoi höyrykuplien lähteen. Lauhteen paluujohto virtaa yksivaiheisena nesteenä, joka on äänetön ja mekaanisesti hyvänlaatuinen. Leimahdushöyryn energiahäviö vähenee 50-65 % verrattuna kylläisen lauhteen purkaukseen.
Yhteenveto
Optimaalinen lauhteen alijäähdytysaste PTFE-lämmönvaihtimille on 10-15 astetta. Tämä vähentää pikahöyryhäviön 3,5-5,5 prosenttiin kokonaishöyryvirtauksesta verrattuna 10 prosenttiin kyllästetyssä purkauksessa, samalla kun putken tyhjennys säilyy ilman tulvimista. Luonnollinen alijäähdytys, joka tapahtuu lauhteen poistuessa PTFE-putkien ja kokoojan läpi, tarjoaa suurimman osan tästä alijäähdytyksestä ilman lisälaitteita.
10-15 asteen alijäähdytys eliminoi myös vesivasaran varmistamalla yksivaiheisen nesteen virtauksen lauhteen paluulinjassa. Vähennetyn leimahdushöyryn tuomat energiansäästöt yhdistettynä pienempään ylläpitoon vesivasaran eliminoinnista antavat nopean tuoton kondenssivesijärjestelmän optimointiin tehdyille investoinneille.
Tekniset suositukset PTFE-lämmönvaihtimen lauhdejärjestelmän suunnittelusta ovat saatavilla höyrynpaineen, lauhteen paluujärjestelmän paineen, lämpömäärän ja havaittujen vesivasaroiden tai korkeiden lauhteen lämpötilojen perusteella.
