Cum să selectați numărul corect de deflectoare pentru un schimbător de PTFE cu debit lateral scăzut-?

Un flux de produs corosiv fierbinte este accesibil pentru a fi răcit doar cu un filtru modest de apă de răcire. Într-un schimbător tipic de carcasă și tub, acest flux lateral scăzut ar pluti leneș prin deflectoare distanțate larg, provocând zone de stagnare și un transfer slab de căldură. Prin urmare, designul deflectorului trebuie ajustat cu precizie pentru a obține fiecare unitate disponibilă de sarcină termică din acest debit limitat.

Problema de inginerie a numărului de deflectoare de proiectare a schimbătorului PTFE cu debit scăzut este în special un echilibru precis între căderea de presiune și transmisia căldurii. Prea multe deflectoare pot sufoca debitul și ar putea supraîncărca o mică pompă de circulație. Prea puține ar putea face schimbătorul să fie silențios din punct de vedere hidraulic, dar ineficient din punct de vedere termic.

De ce sunt importante deflectoarele într-un schimbător de căldură PTFE
Deflectoarele servesc numeroase sarcini importante în interiorul unui schimbător de carcasă și tub:

Fluxul direcționează peste fascicul de tuburi pe partea carcasei

Turbulență îmbunătățită și transfer de căldură

Suport pentru tuburi flexibile din PTFE

Reducerea regiunilor cu flux mort

Evitarea vibrațiilor tubului

În schimbătoarele PTFE, designul deflectoarelor este mult mai important, deoarece tuburile PTFE sunt flexibile mecanic, spre deosebire de tuburile metalice. Distanța adecvată între suport ajută la menținerea geometriei fasciculului și la controlul comportamentului de curgere al fluidului.

În condiții de debit scăzut, eficiența schimbătorului este destul de sensibilă la distanța și aspectul deflectorului.

Compromis tradițional de deflecție segmentară
Majoritatea schimbătoarelor tradiționale de carcasă și tuburi folosesc deflectoare segmentare. Aceste plăci tăiate, parțial, fac ca fluidul din partea carcasei să traverseze fascicul de tuburi în zig-zag, frecvent.

Acest design are ca rezultat o viteză mare-de curgere transversală și sporește turbulența.

Deflectoare distanțate strâns
Când sunt setate mai multe deflectoare la distanță mică:

Creșterea vitezei laterale a carcasei

Coeficientul de transfer termic crește

Îmbunătățiri ale performanței termice

Ar putea îmbunătăți rezistența la murdărie

Fluidul este accelerat și răsucit în mod repetat prin fascicul, provocând o amestecare mai viguroasă în jurul tuburilor.

Dar asta are un preț.

Căderea de presiune crește rapid
Pentru partea carcasei, utilizarea deflectoarelor distanțate strâns are ca rezultat creșterea rezistenței hidraulice la debite globale scăzute.

Rezultatul poate conține:

Cădere mare de presiune.

Circulație generală mai mică

Suprasarcina pompei

Înfometarea fluxului

Operații instabile

În circumstanțe severe, capul pompei furnizat poate să nu fie suficient pentru a menține o circulație semnificativă-laterală a carcasei.

Problema cu nu sunt suficiente deflectoare
Cu mai puține deflectoare există mai puțină rezistență și fluidul curge mai ușor prin carcasă.

Această metodă reduce:

Pierderea presiunii

Cerințe pentru pompare

Restricționarea fluxului

Din păcate, performanța termică se degradează de obicei în același timp.

Flux laminar cu viteză scăzută
Dacă deflectoarele sunt larg răspândite, viteza pe partea carcasei poate fi foarte mică. Într-un astfel de caz, fluxul poate avea tendința de a fi predominant laminar și nu turbulent în fluxul transversal-.

Acum ceea ce se întâmplă este:

Coeficienți de transfer termic scăzut

Stratificare termică

Zone moarte

Așezarea solidelor

Acumularea-de murdărire

În schimb, fluidul poate șerpui încet prin regiuni deschise, cu puțină amestecare, mai degrabă decât să fie măturat eficient în întregul fascicul.

Aceste zone staționare pot fi deosebit de supărătoare în serviciile de transport corozive sau solide-.

De ce schimbătoarele de PTFE cu debit redus-trebuie tratate diferit
Deoarece tubulatura PTFE este flexibilă, aranjamentele deflectoarelor pot fi mai personalizate decât cu fasciculele de tuburi metalice dure.

Pachetele de PTFE pot fi asamblate prin:

Geometrii CustomSpacer

Distanța dintre deflectoare reglabilă

Aranjamentele de asistență ne-standard

Spirala căilor de curgere

Această versatilitate face ca diferitele concepte de deflectoare să fie foarte interesante în aplicațiile cu debit redus.

Deflectoare elicoidale – O soluție contemporană
Designul deflectorului elicoidal este o nouă alternativă la deflectoarele segmentare tipice.

În loc să forțeze fluidul prin modele de curgere-încrucișate în zig-zag, deflectoarele elicoidale ghidează fluxul lateral-cochiliei de-a lungul unui traseu spiralat continuu prin schimbător.

Deflectoarele elicoidale iau un flux slab, șerpuit și îl transformă într-o spirală plăcută, concentrată.

Cum fluxul elicoidal îmbunătățește performanța
Această mișcare în spirală are numeroase avantaje majore:

Viteză mai consistentă pe partea carcasei

Zone mai puțin statice

Flux hidraulic mai ușor

Pierdere de presiune mai mică

Distribuție termică mai bună

Fluidul curge continuu de-a lungul fasciculului într-o manieră asemănătoare unui-flux-buch, fără accelerare și decelerare.

Acest lucru are ca rezultat o utilizare mai eficientă a energiei de curgere limitată.

Unghiul Helix și de ce contează
Performanța unui schimbător cu deflector elicoidal este destul de sensibilă la unghiul spiralei.

Unghiurile tipice ale helixului sunt după cum urmează:

15 grade

25 de grade

35 de grade

Până la 45 de grade

Unghiuri de helix reduse
O spirală cu pas lung-cu un unghi mai mic produce:

Dirijare mai ușoară a fluxului

Scădere de presiune redusă

Căi de curgere mai lungi

Viteza medie de curgere transversală

Acest aranjament este în general preferat pentru schimbătoarele de PTFE cu debit scăzut.

Unghiuri elice mai mari
Unghiuri elicoidale mai mari (mai abrupte):

Intensitatea fluxului încrucișat

Turbulențe locale.

Coeficientul de transfer termic

Dar scăderea presiunii crește, de asemenea, proporțional.

Prin urmare, unghiul optim este un compromis între sarcina de lucru termică și capacitatea de pompare disponibilă.

Comparația modelelor de deflectoare segmentare și elicoidale
Variațiile de funcționare sunt mai vizibile atunci când cele două abordări sunt comparate direct.

Caracteristici Deflectoare Segmentale Deflectoare, elicoidale
Flux Model încrucișat-flux în zig-zagSpirală, continuă
Căderea de presiune Mai mare Mai mică
Zonele moarte posibile reduse
Performanță de debit scăzut. Mai bine deseori slab
Tendință de murdărie Moderat spre ridicat Scăzut
Distribuția vitezei Mai inegală Mai egală
Aranjamentul elicoidal este un compromis mai bun între performanța hidraulică și cea termică în ceea ce privește stabilitatea pentru multe servicii cu debit redus.

Considerații de proiectare – practice
o mulțime de deflectoare Configurație schimbător PTFE cu debit scăzut există o mulțime de considerații în determinarea.

Capul Pompei De Vanzare
Cea mai mare rezistență acceptabilă a deflectorului este limitată de capacitățile de presiune din partea carcasei sistemului de circulație.

Potențial de murdărie
Proiectele care minimizează zonele staționare sunt de dorit pentru fluidele solide-care poartă sau cristalizează.

Specificații de utilizare termică
Viteze mai mari de transfer de căldură necesare pot necesita o ghidare mai strânsă a fluxului.

Suport pentru tub din PTFE
Cu toate acestea, tuburile din PTFE sunt flexibile, iar distanța dintre suport trebuie să fie suficient de bună pentru a preveni deformarea excesivă sau vibrațiile.

Acces pentru întreținere
Configurațiile mai puțin complicate și mai deschise ale deflectoarelor ar putea oferi un acces mai bun pentru curățare în aplicațiile predispuse la murdărire-.

Când modelele standard nu funcționează
Aranjamentele standard de carcasă și tuburi sunt, în general, concepute pentru debite-moderate până la mari ale carcasei. Acele geometrii similare pot funcționa prost în circumstanțe de circulație slabă.

Simptomele tipice ale eșecului sunt:

Capacitate de răcire insuficientă

Temperaturi ridicate la ieșire

Reducerea suprapresiunii

Depozit solid

Neomogenitatea distribuției fluxului

Avantajul gestionării optimizate a fluxului intern este substanțial mai mare în sistemele PTFE cu debit redus-.

Rezumat
Pentru aplicațiile cu debit scăzut în partea laterală a carcasei, selectarea corectă a deflectoarelor devine unul dintre cele mai esențiale aspecte în determinarea performanței schimbătorului PTFE. Deflectoarele segmentare convenționale reprezintă un compromis greu: deflectoarele distanțate strâns oferă un transfer bun de căldură, dar pierderi severe de presiune, în timp ce deflectoarele distanțate la scară minimă minimizează rezistența, dar permit modele de curgere slabe și slab amestecate.

Design-urile deflectoarelor elicoidale sunt o opțiune mai echilibrată, ghidând fluidul lateral-cochiliei de-a lungul unui traseu spiralat delicat care menține viteza, dar reduce pierderile hidraulice și zonele de stagnare. În multe aplicații cu flux redus-, un aranjament elicoidal cu pas lung- oferă o performanță generală îmbunătățită în comparație cu modelele tradiționale segmentare.

Flexibilitatea distanței între suport și a geometriei interne a fasciculelor de tuburi din PTFE permite ca aceste schimbătoare să fie ajustate pentru servicii dificile cu debit scăzut, acolo unde modelele tradiționale eșuează.

În proiectarea sistemului termic, cea mai eficientă opțiune nu este întotdeauna cea care împinge cel mai greu fluidul. Uneori, cea mai bună performanță este aceea de a îndrepta ușor și constant fluxul în direcția în care dorește să meargă.