El problema del sòl inclinat
Els dipòsits de tractament d'aigües residuals, espessidors de fangs i certs dipòsits de revestiment incorporen sòls inclinats-normalment 2-5 graus des dels sòlids decantats horitzontals fins a dirigir cap a un dipòsit de recollida. L'intercanviador de calor instal·lat a sobre del sòl inclinat ha de seguir el pendent del sòl per mantenir una profunditat i una distància d'immersió constants. Això significa que el feix de tubs no està a nivell. L'extrem d'entrada de vapor es troba més alt que l'extrem de sortida del condensat, o viceversa, depenent de la direcció del pendent respecte a l'orientació de la capçalera.
Els capçals estàndard de l'intercanviador de calor de PTFE assumeixen un feix de tubs de nivell. Els col·lectors de distribució de vapor i recollida de condensats estan dissenyats per a un capçal estàtic igual a totes les connexions de tubs. En un pendent, aquesta hipòtesi falla. Els tubs de l'extrem inferior de la capçalera veuen una pressió de conducció diferent que els tubs de l'extrem superior. Resultats de la mala distribució del flux.
Els dissenys de capçalera personalitzats compensen el pendent, assegurant una distribució uniforme del vapor i un drenatge complet del condensat de cada tub, independentment de la seva elevació al llarg del capçal.
La compensació de la distribució del flux
En una capçalera horitzontal estàndard que alimenta diversos tubs verticals o inclinats, la pressió estàtica varia amb l'elevació. A l'extrem inferior d'un capçal inclinat, la capçalera de vapor estàtica del capçal és més alta, augmentant la pressió de conducció a través dels tubs en aquest extrem. A l'extrem superior, el capçal estàtic és més baix, reduint la pressió de conducció. Els tubs de l'extrem baix reben més flux de vapor que els tubs de l'extrem superior.
El desequilibri de flux es pot compensar mitjançant diversos enfocaments de disseny. Una capçalera afilada-redueix la-secció transversal de l'extrem superior a l'extrem baix-augmenta la velocitat i la recuperació de la pressió a l'extrem inferior, compensant parcialment l'efecte del capçal estàtic. Alternativament, els orificis d'entrada de tubs individuals de diferents diàmetres-més grans a l'extrem superior, més petits a l'extrem inferior-igualeixen la resistència al flux de cada camí del tub.
Per als intercanviadors de PTFE, es prefereix l'enfocament de l'orifici. A cada connexió d'entrada del tub s'instal·len petites insercions d'orifici de PTFE o PVDF. Els diàmetres de l'orifici es calculen en funció de l'elevació de cada connexió de tub i del cabal desitjat per tub. Les insercions són substituïbles si canvien les condicions del procés.
Taula 1: Paràmetres de disseny de capçalera personalitzats per a dipòsits de sòl inclinat (Pendent de sòl de 5 graus, longitud de capçalera de 3 m)
| Paràmetre de disseny | Capçalera estàndard (nivell) | Capçalera personalitzada (inclinada) | Mètode de compensació |
|---|---|---|---|
| Diferència d'elevació a la capçalera | 0 mm | 262 mm (més de 3 m a 5 graus) | – |
| Diferència de capçal estàtica | 0 Pa | ~550 Pa (vapor a 3 barg) | – |
| Variació de cabal sense compensació | < 5% | 25-35% | – |
| Variació de cabal amb capçal cònic | – | < 10% | El diàmetre de la capçalera redueix un 20% d'alta a baixa |
| Variació de cabal amb orificis d'entrada | – | < 5% | 6 mides d'orifici, increments de 0,5 mm |
| Disseny de capçalera de condensats | Nivell; pendent uniforme | Esglaonat o inclinat amb capçal de vapor | Coincideix amb les elevacions de sortida del tub |
| Variació de la longitud del tub | Uniforme | Augmenta d'alt a baix fins a 262 mm | Compensa el pendent del sòl |
Disseny de drenatge de condensats
El drenatge de condensats en un pendent presenta reptes addicionals. Si el capçal de condensat és paral·lel al capçal de vapor i també està inclinat, el condensat dels tubs de l'extrem superior ha de fluir cap avall al llarg del capçal per arribar al purgador de vapor a l'extrem inferior. El flux de dues-fàsiques a la capçalera de condensat (condensat més vapor llampec) pot experimentar slugging al pendent efectiu més pronunciat.
L'enfocament preferit és un capçal de condensat escalonat: el capçal es fabrica en seccions horitzontals curtes, cadascuna de les quals serveix 4-6 tubs, amb cada secció drenant a través d'una cama de descens fins a un col·lector comú de recollida de condensats a sota. Això garanteix que cada grup de tubs dreni horitzontalment, evitant la inestabilitat del pendent bifàsic, mentre que el col·lector de recollida s'executa en un pendent més pronunciat fins a la trampa.
La compensació de la longitud del tub
Els tubs de l'extrem inferior del paquet han de ser més llargs que els tubs de l'extrem superior per mantenir la mateixa distància per sobre del sòl inclinat. La diferència de longitud del tub es calcula a partir de l'angle de pendent i la longitud del capçal. Per a un pendent de 5 graus i un capçal de 3 m, la longitud del tub a l'extrem inferior és aproximadament 262 mm més llarga que a l'extrem superior.
Amb l'intercanviador es subministren tubs tallats-personalitzats de longituds graduades. Cada posició del tub està etiquetada a la capçalera i al tub mateix per garantir un muntatge correcte. Les longituds graduades del tub garanteixen un espai lliure uniforme per sobre del sòl del dipòsit, evitant l'acumulació localitzada de fangs sota l'intercanviador.
Resum
Els dissenys de capçalera personalitzats són necessaris per als intercanviadors de calor de PTFE instal·lats per sobre dels sòls de tancs inclinats per compensar la variació del capçal estàtica al llarg de la capçalera que provoca una mala distribució del flux. Els capçals cònics o els orificis d'entrada de mida individual igualen el flux. Els capçals de condensats escalonats garanteixen un drenatge complet sense-slugs en dues fases. Les longituds graduades dels tubs mantenen l'espai lliure uniforme.
El disseny personalitzat garanteix que l'intercanviador de PTFE compleixi la seva funció d'escalfament sense les inundacions i els punts freds que resultarien d'instal·lar un disseny de sòl a nivell estàndard-en un sòl inclinat.
El suport d'enginyeria per al disseny d'intercanviador de calor de PTFE de-terra inclinada està disponible quan s'envien els requisits de pendent del sòl del dipòsit, longitud de capçalera, pressió de vapor, recompte de tubs i requisits de servei de calor.
