שבר היובש שמגדיר את איכות הקיטור
מתקן צביעה בטמפרטורה גבוהה- המפעיל מכונת צביעת קורות בלחץ ב-130 מעלות מקבל קיטור מדוד מרכזי ב-8 בר, המספק טמפרטורה רוויה של 170 מעלות. הקיטור מופץ דרך רשת צנרת הכוללת כמה מאות מטרים של צינור, מספר שסתומים ובידוד שעלול להיות פגום או חסר.
איכות הקיטור ביציאת הדוד היא בדרך כלל 0.98-0.99. כאשר הקיטור עובר דרך רשת הצנרת, הוא מאבד חום לסביבה, וחלק מהאדים מתעבה. הקונדנסט נישא יחד עם הקיטור כטיפות נלקחות, ושבר היובש פוחת. בכניסת מחליף החום, חלק היובש עשוי להיות 0.92-0.96, תלוי באורך הצנרת ומצב הבידוד.
טיפות הקונדנסט הנגררות משפיעות על העברת החום בשתי דרכים. הטיפות פוגעות במשטח הצינור וגורמות לקירור מקומי, היוצר מתח תרמי. הטיפות גם מפחיתות את החום הסמוי האפקטיבי של הקיטור, מכיוון שהחלק הנוזלי אינו משחרר חום סמוי כאשר הוא מתעבה עוד יותר. התוצאה היא קצב העברת חום נמוך יותר וצריכת קיטור גבוהה יותר עבור אותו עומס חום.
אפקט העברת החום של שבר יובש
מקדם העברת החום בצד הקיטור תלוי במנגנון העיבוי. עם קיטור יבש, העיבוי הוא סרט, ומקדם העברת החום גבוה, בדרך כלל 5,000-10,000 W/m²·K. בעזרת קיטור רטוב, הטיפות הנגררות משבשות את סרט הקונדנסט ויוצרות משטר העברת חום מורכב יותר. מקדם העברת החום נמוך יותר, בדרך כלל 3,000–6,000 W/m²·K.
מקדם הסרט הצד -הקיטור התחתון מגביר את ההתנגדות התרמית הכוללת ומפחית את מקדם העברת החום הכולל. עבור מחליף חום PTFE עם התנגדות דופן הצינור של 0.0032 m²·K/W ומקדם סרט צד של תהליך- של 1,000 W/m²·K, המקדם הכולל עם קיטור יבש הוא כ-230 W/m²·K. עם קיטור רטוב, המקדם הכולל יורד לכ-210 W/m²·K, ירידה של 9%.
ההפחתה במקדם הכולל דורשת קצב זרימת קיטור גבוה יותר או טמפרטורת קיטור גבוהה יותר כדי לספק את אותו עומס חום. קצב זרימת הקיטור גבוה יותר מגדיל את צריכת הקיטור ואת עלות התפעול.
סיכון פטיש המים בשבריר יובש נמוך
פטיש מים הוא התוצאה החמורה ביותר של איכות קיטור נמוכה. כאשר חלק היובש יורד מתחת ל-0.90, הקונדנסט הנגרר יכול להצטבר בנקודות הנמוכות של הצנרת ומחליף החום. כאשר מהירות הקיטור עולה, הקונדנסט המצטבר נדחף דרך המערכת במהירות גבוהה ופוגע ביריעת הצינור, הצינור תומך והצינור מסתיים.
כוח הפגיעה יכול להיות פי כמה מהלחץ הסטטי של הקיטור, והוא יכול לגרום לנזק מכני לרכיבי ה-PTFE. חיבורי הצינור-ל-הצינור פגיעים במיוחד מכיוון שהם המיקומים שבהם הצינורות מוגבלים וריכוז המתח הוא הגבוה ביותר.
בשירותי צביעה-בטמפרטורה גבוהה, הסיכון לפטיש מים גדל על ידי פעולתן לסירוגין של מכונות הצביעה. כאשר מכונה מופעלת, שסתום הקיטור נפתח במהירות, ומהירות הקיטור עולה בפתאומיות. עליית המהירות הפתאומית עלולה לדחוף את הקונדנסט המצטבר דרך מחליף החום ולגרום לפטיש מים.
אפקט השפלת קיר הצינור
טיפות הקונדנסט משפיעות גם על קצב הפירוק של דופן הצינור. הטיפות פוגעות במשטח הצינור וגורמות לקירור מקומי, היוצר מתח תרמי. המחזוריות התרמית החוזרת ונשנית מהפגיעה בטיפות עלולה לגרום לסדיקת עייפות בדופן צינור ה-PTFE.
הפגיעה גם מסירה את שכבת ההגנה של העיבוי המכסה בדרך כלל את פני הצינור. הסרת שכבת הקונדנסט חושפת את ה-PTFE לאדים ולכימיה של הקונדנסט, שעלולים להכיל מינים מאכלים מטיפול במי הדוד.
קצב הפירוק עולה עם עומס הקונדנסט. שבר יובש של 0.95 מייצר קצב פירוק גבוה יותר משבר יובש של 0.98, כל שאר הגורמים שווים.
כימות השפעת שבר היובש על הביצועים
הטבלה הבאה מסכמת את ביצועי העברת החום ואת הסיכון לפטיש מים בשברי יובש שונים עבור מחליף חום PTFE בשירות צביעה-בטמפרטורה גבוהה ב-130 מעלות עם קיטור ב-8 בר.
| שבר יובש | Steam-מקדם סרט צד | מקדם כולל | עלייה בצריכת קיטור | סיכון פטיש מים | קצב השפלה של קיר הצינור |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.99 | 8,000 W/m²·K | 235 W/m²·K | קו בסיס | נמוך מאוד | נמוך מאוד |
| 0.97 | 6,500 W/m²·K | 225 W/m²·K | +4% | נָמוּך | נָמוּך |
| 0.95 | 5,000 W/m²·K | 210 W/m²·K | +12% | לְמַתֵן | לְמַתֵן |
| 0.92 | 3,800 W/m²·K | 195 W/m²·K | +21% | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ |
| 0.90 | 3,000 W/m²·K | 180 W/m²·K | +31% | גבוה מאוד | גבוה מאוד |
| 0.85 | 2,200 W/m²·K | 160 W/m²·K | +47% | קיצוני | קיצוני |
העלייה בצריכת הקיטור היא זרימת הקיטור הנוספת הנדרשת כדי לספק את אותו עומס חום בהשוואה למקרה של שבר יובש של 0.99. הסיכון לפטיש מים וקצב השפלה של דופן הצינור הן הערכות איכותיות המבוססות על עומס הקונדנסט ואנרגיית הפגיעה.
תכונות עיצוב המפחיתות איכות קיטור נמוכה
מספר תכונות עיצוב מפחיתות את ההשפעות של איכות קיטור נמוכה.
מפריד אדים.מפריד קיטור המותקן במעלה הזרם של מחליף החום מסיר את טיפות הקונדנסט הנגררות ומגדיל את חלק היובש. המפריד הוא בדרך כלל מכשיר צנטריפוגלי או מכשיר-בסוג המפריד בגודל לקצב זרימת הקיטור.
מלכודת קיטור.מלכודת קיטור בגודל מתאים ביציאת מחליף החום מסירה את הקונדנסט המצטבר במעטפת. יש להתאים את המלכודת לעומס הקונדנסט בשבר היובש הנמוך ביותר.
ניקוז כוח הכבידה.יש להתקין את מחליף החום בשיפוע מתמשך כלפי מטה מכניסת הקיטור ליציאת הקונדנסט. יש להימנע מנקודות נמוכות שבהן יכול להצטבר קונדנסט.
צלחת פגיעה.לוח פגיעה מול כניסת הקיטור סופגת את הפגיעה של סילון הקיטור והטיפות הנגררות. הצלחת מגנה על יריעת הצינור וקצה הצינור מפני נזקי פטיש מים.
צנרת מבודדת.בידוד צנרת הקיטור מפחית את איבוד החום ואת קצב העיבוי. יש לשמור על הבידוד במצב טוב כדי למזער את הפחתת חלקי היובש.
פתיחת שסתום קיטור איטית.פתיחה איטית של שסתום הקיטור בהתחלה-מפחיתה את עליית מהירות הקיטור ואת הסיכון לפטיש מים. מומלץ-שסתום לפתיחה איטית או סידור מעקף לחימום-.
השוואת אפשרויות בקרת איכות Steam
הטבלה הבאה מסכמת את היעילות והעלות של אפשרויות שונות לבקרת איכות קיטור עבור מחליף חום PTFE בשירות צביעה בטמפרטורה גבוהה-.
| אפשרות שליטה | שיפור שבר יובש | עלות הון | עלות תפעול שנתית | הפחתת סיכון לפטיש מים | תקופת החזר |
|---|---|---|---|---|---|
| אין שליטה | קו בסיס | $0 | $0 | קו בסיס | לא ישים |
| מפריד אדים | +0.03 אל +0.05 | $8,000–15,000 | $500–1,000 | 60–80% | 12-24 חודשים |
| בידוד משופר | +0.02 אל +0.04 | $5,000–12,000 | $200–500 | 40–60% | 12-36 חודשים |
| ניקוז כוח הכבידה | +0.01 אל +0.02 | $2,000–5,000 | $0 | 30–50% | 6-18 חודשים |
| צלחת פגיעה | אין שינוי | $1,500–3,000 | $0 | 50–70% | 6-12 חודשים |
| שסתום- נפתח לאט | אין שינוי | $1,000–2,500 | $0 | 40–60% | 3-9 חודשים |
| מפריד ובידוד משולב | +0.05 אל +0.08 | $12,000–25,000 | $700–1,500 | 80–95% | 12-30 חודשים |
תקופת ההחזר מחושבת על סמך הפחתת צריכת הקיטור והפחתת הסיכון לפטיש מים. אפשרות המפריד והבידוד המשולבת מספקת את השיפור הגדול ביותר ואת תקופת ההחזר הקצרה ביותר ברוב היישומים.
פרמטרים של מפרט עבור שירות צביעה-בטמפרטורה גבוהה
מהנדסי ציוד המציינים מחליף חום PTFE לשירות צביעה בטמפרטורה גבוהה- צריכים לאשר את הפרמטרים הבאים עם הספק.
לחץ קיטור וטמפרטורה.ציין את לחץ אספקת הקיטור ואת הטמפרטורה הרוויה.
חלק יובש בקיטור.ציין את חלק היובש הצפוי בכניסת מחליף החום.
קצב זרימת קיטור.ציין את קצב זרימת הקיטור העיצובי ואת הטווח הצפוי.
עומס חום.ציין את עומס החום ואת הטווח הצפוי.
מפריד אדים.ציין אם מסופק מפריד אדים ואת שיפור שבר היובש הנדרש.
מלכודת קיטור.ציין את סוג מלכודת הקיטור ואת קריטריוני הגודל.
ניקוז כוח הכבידה.ציין את כיוון מחליף החום ואת נתיב הניקוז.
צלחת פגיעה.ציין אם מסופקת לוחית פגיעה.
בִּדוּד.ציין את דרישות הבידוד עבור צנרת הקיטור.
התאמת איכות הקיטור לעיצוב מחליף חום
איכות הקיטור משפיעה על ביצועי העברת החום, הסיכון לפטיש מים וקצב הפירוק של דופן הצינור במחליף חום PTFE לשירות צביעה-בטמפרטורה גבוהה. שבר יובש מתחת ל-0.95 מגדיל את צריכת הקיטור ביותר מ-12% ומגביר את הסיכון לפטיש מים. שבר יובש מתחת ל-0.90 מגביר את צריכת הקיטור ביותר מ-31% ויוצר סיכון קיצוני לפטיש מים.
יש לשמור על חלק היובש מעל 0.95 באמצעות שילוב של הפרדת קיטור, בידוד וניקוז כוח הכבידה. מפריד הקיטור הוא האמצעי היחיד היעיל ביותר, והוא בדרך כלל מחזיר את עלות ההון שלו תוך 12-24 חודשים באמצעות צריכת קיטור מופחתת ותחזוקה מופחתת.
עבור מתקני צביעה-בטמפרטורה גבוהה המעריכים אפשרויות מחליף חום PTFE, יש לציין את איכות הקיטור במסמכי הרכש ולאמת בעת ההפעלה. ייתכן שתצורת ברירת המחדל שסופקה על ידי היצרן לא תכלול הוראות לאיכות קיטור נמוכה, והנזק של פטיש המים כתוצאה מכך עלול לגרום לכשל בטרם עת.
מהנדסי ציוד ומומחי רכש המעריכים מפרטי מחליפי חום PTFE עבור-צביעה בטמפרטורה גבוהה או שירות מחומם בקיטור-אחרים יכולים לבקש סקירת תכנון המכסה לחץ קיטור, חלק יובש בקיטור, קצב זרימת קיטור, עומס חום והוראות בקרת איכות קיטור כדי לאשר שהיחידה של תנאי ההפעלה מתאימים לתנאי ההפעלה ולתנאי ההפעלה בפועל.
