Jakeluongelma
PTFE-lämmönvaihtimen, jossa on 60 putkea yhdistettynä yhteen höyryn kokoojaan, tulisi teoriassa saada sama höyryvirtaus jokaiseen putkeen. Käytännössä kokoojan tuloa lähinnä olevat putket saavat enemmän höyryä kuin kauimpana olevat putket. Epätasapaino aiheuttaa kuumia ja kylmiä vyöhykkeitä putkikimppuun. Kylmät putket tiivistävät höyryä epätäydellisesti ja voivat tulvii kondenssivettä. Kuumat putket toimivat liian korkeissa seinälämpötiloissa.
Höyryn jakautumisen tasaisuus riippuu kokoojan paineprofiilista. Kun höyry virtaa kokooja pitkin, kitka ja liikemäärän muutokset aiheuttavat staattisen paineen vaihtelua. Eri paikoissa olevat putket näkevät erilaiset ajopaineet. Tämän paineen vaihtelun suuruus määrää virtauksen epätasapainon.
Putkien määrä otsikkoa kohti on ensisijainen suunnittelumuuttuja, joka ohjaa jakautumisen tasaisuutta. Vähemmän putkia kokooja kohden vähentää kokoojan pituutta ja paineen vaihtelua sitä pitkin. Enemmän putkia kokooja kohden lisää kokonaisvirtausta, mikä lisää paineen vaihtelua ja mahdollisia epäjakaumia. Optimaalinen putkien määrä tasapainottaa jakelun laadun ja useiden otsikoiden kustannukset ja monimutkaisuus.
Otsakkeen paineprofiili
Otsikkoon tuleva höyry kokee kaksi kilpailevaa painevaikutusta. Höyryn ja kokoojan seinämän välinen kitka saa paineen alenemaan virtaussuunnassa. Tämä pyrkii vähentämään virtausta alavirran putkiin. Samanaikaisesti, kun höyry haarautuu putkiksi, nopeus kokoojassa laskee. Hidastuvan virtauksen kineettinen energia muuttuu staattiseksi paineeksi, ilmiötä kutsutaan paineen palautumiseksi. Tämä pyrkii lisäämään virtausta alavirran putkiin.
Höyrykokoajissa, joiden tulonopeus on pieni ja joissa on monia haaraputkia, kitka hallitsee ja alavirran putket ovat nälässä. Jakoputkissa, joissa on suuri tulonopeus ja vähän haaroja, paineen talteenotto voi ylikompensoida, ja alavirran putket saavat ylimääräistä virtausta.
Optimaalinen rakenne tasapainottaa nämä vaikutukset ja saavuttaa lähes{0}}tasaisen paineen kaikissa putken tuloaukoissa. Tämä saavutetaan valitsemalla kokoojan halkaisija ja putkien määrä siten, että paineen vaihtelu kaikissa haarapisteissä on alle 5 % ajopaineen kokonaiserosta.
Taulukko 1: Suositeltu putkien määrä otsikkoa kohti höyrynpaineen ja putken halkaisijan mukaan
| Höyryn paine (barg) | Putken ulkohalkaisija (mm) | Suositeltavat putket otsikkoa kohti | Enimmäisputkia otsikkoa kohti | Otsikon halkaisija (mm) | Odotettu virtauksen vaihtelu |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 8 | 20-25 | 30 | 40 | <5% |
| 3.0 | 8 | 25-30 | 35 | 50 | <5% |
| 4.0 | 10 | 15-20 | 25 | 50 | <5% |
| 3.0 | 10 | 20-25 | 30 | 50 | <5% |
| 4.0 | 12 | 12-18 | 22 | 65 | <5% |
| 6.0 | 12 | 10-15 | 18 | 65 | <5% |
Arvot perustuvat tasaiseen 1,5 metrin putken pituuteen, vaakasuoraan kokoojan suuntaukseen ja tavoitevirtauksen vaihteluun alle 5 %. Pidemmät putket lisäävät yksittäisen putken vastusta, mikä parantaa jakautumista ja mahdollistaa hieman suuremmat putkimäärät.
Lauhteen tasauksen vaatimus
Höyryjakelu on vain puolet ongelmasta. Lauhteenpoiston tulee olla yhtä tasaista. Jos kondenssiveden kokoojalla putken ulostuloissa on eri paineprofiili kuin höyryn kokoojalla, nettokäyttöpaine kunkin putken poikki vaihtelee, vaikka höyryn syöttöpaineet olisivat samat.
Kondenssiveden kokooja toimii yleensä kaksi{0}}vaihevirtaus-kondensaatilla ja höyryllä. Sen paineen jakautuminen on monimutkaisempi kuin yksivaiheisen -höyrynjakolaitteen. Lauhteen reitin tasaaminen saavutetaan kallistamalla lauhteen kokoojaa alaspäin kohti höyryloukkua, varmistamalla, että mikään putken ulostuloaukko ei upota kertyneeseen lauhteen, ja rajoittamalla putkien lukumäärä lauhteen kokoojaa kohti samaan tai pienempään kuin höyrypuoli.
Käytännön otsikkokonfiguraatiot
60 kW:n PTFE-lämmönvaihtimelle, joka vaatii 60 putkea, joiden ulkohalkaisija on 10 mm, suositeltu kokoonpano käyttää kolmea höyryn kokoojaa, joista jokainen syöttää 20 putkea. Tämä järjestely rajoittaa virtausvaihtelun 3-5 %:iin kaikissa putkissa. Jokainen kokooja yhdistetään erilliseen kondenssiveden kokoojaan, jonka putkimäärä on sama.
Yhden -jakoputken mallit 60 putkelle ovat teknisesti toteutettavissa ylimitoitettujen jakoputkien halkaisijalla, mutta ne sisältävät 15-25 % virtauksen vaihtelun, mikä voi aiheuttaa kondenssiveden tulvimisen kaikkein nälkäisimpiin putkiin. Otsikkojen määrän vähentämisestä aiheutuvat kustannussäästöt ovat suuremmat kuin virheellisen jakelun aiheuttama suorituskykyrangaistus.
Erittäin suurille, yli 200 putkelle tarkoitetuille vaihtimille jakoputkijärjestelmä jakaa höyryn useisiin ala{1}}otsakkeisiin. Jakotukki käsittelee bulkkihöyryvirtauksen, ja jokainen ala-otsikko syöttää hallittavan määrän putkia. Tämä hierarkkinen lähestymistapa säilyttää jakelun laadun missä tahansa mittakaavassa.
Yhteenveto
Putkien määrä otsikkoa kohden ohjaa suoraan höyryn jakautumisen tasaisuutta moni{0}}putken PTFE-lämmönvaihtimissa. Suositeltu 10-30 putkea kokoojaa kohden höyrynpaineesta ja putken halkaisijasta riippuen rajoittaa virtauksen vaihtelun alle 5 %:iin ja estää kondenssiveden tulvimisen nälkään jääneissä putkissa. Useat pienemmät otsikot ovat tehokkaampia kuin yksi ylimitoitettu otsikko jakelun laadussa ja lämpösuorituskyvyssä.
Oikea kokoojan koko yhdistettynä huolelliseen kondenssiveden kokoojan suunnitteluun varmistaa, että jokainen PTFE-nipun putki osallistuu täysin lämmönsiirtoon. Useiden otsikoiden vaatimattomat lisäkustannukset saadaan talteen poistamalla kylmät kohdat ja tulvineet putkia.
Tekniset suositukset PTFE-lämmönvaihtimen kokoojan suunnittelulle ovat saatavilla, kun vaaditut lämpömäärät, höyrynpaine, putken tekniset tiedot ja kokoojan sijoittelua koskevat fyysiset rajoitukset ovat saatavilla.
