איום המהירות
קיטור הנכנס לצינור מחליף חום PTFE במהירות 25-35 מ'/שניה נושא טיפות קונדנסט סוחפות. טיפות אלו, הנעות במהירות קיטור כמעט, פוגעות בדופן הצינור בכיפופים, במעברי כותרות ובאזורים של הפרעות בזרימה. כל פגיעה מספקת דחף מכני מיקרוסקופי למשטח ה-PTFE.
במהירויות נמוכות, אנרגיית הפגיעה נספגת בצורה אלסטית על ידי הפולימר הויסקו אלסטי. המשטח מתאושש ללא נזק. במהירויות גבוהות יותר, ההשפעה המצטברת של מיליוני פגיעות טיפות מייצרת חיספוס פני השטח, אובדן חומר ובסופו של דבר דילול הקירות. זוהי שחיקה-מכנית בלבד ללא רכיב כימי.
מהירות הקיטור המקסימלית המותרת היא הסף שמתחתיו השחיקה לאורך חיי השירות התכנון היא זניחה. מעל סף זה, שחיקה מצטברת לאובדן קיר מדיד במהלך חיי הציוד.
מנגנון הפגיעה בטיפות
קונדנסט נוצר ללא הרף כאשר אדים משחררים את החום הסמוי שלו. חלק מהעיבוי מתנקז כסרט לאורך דופן הצינור. חלקם נבלעים כטיפות בליבת הקיטור-הגבוהה. בכיפופים ובחסימות, טיפות נזרקות החוצה בכוח צנטריפוגלי ופוגעות בדופן הצינור.
לחץ הפגיעה של טיפת מים על משטח מוצק הוא פרופורציונלי ללחץ פטיש המים: P=ρ × c × V, כאשר ρ היא צפיפות המים, c היא המהירות האקוסטית במים (כ-1,500 מ' לשנייה), ו-V היא מהירות הפגיעה של הטיפות. במהירות הפגיעה של 30 מטר לשנייה, הלחץ המיידי בנקודת הפגיעה עולה על 45 MPa -מספיק לעיוות PTFE מקומי.
פגיעה בודדת אינה גורמת לנזק בר מדיד. אבל מערכת קיטור הפועלת 6,000 שעות בשנה מספקת מאות מיליוני פגיעות טיפות על דופן הצינור במשך עשור. העייפות המצטברת כתוצאה מדפורמציה מיקרו- חוזרת מייצרת בסופו של דבר סדקים פני השטח, ניתוק חלקיקים ודילול דופן שניתן למדידה.
טבלה 1: מגבלות מהירות קיטור עבור צינורות מחליף חום מסוג PTFE
| לחץ קיטור (ברג) | מזהה צינור (מ"מ) | מהירות קיטור מקסימלית מומלצת (מ/ש) | מהירות מרבית מוחלטת (מ/ש) | סיכון שחיקה מעל מקסימום מוחלט |
|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 6 | 20-25 | 30 | בינוני (התחספוס תוך 5 שנים) |
| 3.0 | 6 | 18-22 | 28 | לְמַתֵן |
| 4.0 | 8 | 20-25 | 32 | לְמַתֵן |
| 2.0 | 8 | 22-28 | 35 | נמוך-בינוני (קוטר גדול יותר מפחית את ריכוז הטיפות) |
| 3.0 | 8 | 20-25 | 30 | לְמַתֵן |
| 4.0 | 10 | 25-30 | 38 | נמוך (קוטר גדול יותר; צפיפות קיטור נמוכה יותר בלחץ גבוה יותר) |
מגבלות מהירות המבוססות על נתוני עמידות בפני שחיקת PTFE ואחסטרפולציה שמרנית מניסיון שירות ארוך טווח-. המקסימום המוחלט מייצג את המהירות שמעליה צפויה שחיקה ניתנת למדידה בתוך 10 שנים של שירות רצוף.
חיבור שבר היובש
מגבלות מהירות הקיטור מניחות שבריר יובש של 98% ומעלה- כלומר 2% או פחות מים נלקחים במסה. בשברי יובש נמוכים יותר, תכולת המים הנגררת גבוהה יותר, וסיכון השחיקה במהירות נתונה עולה באופן יחסי.
אם איכות הקיטור של הצמח נמוכה מ-98% יובש, יש להפחית את המהירות המרבית המותרת ב-10-15% כדי לקחת בחשבון את הטעינה המוגברת של הטיפות. לחלופין, מפריד קיטור המותקן במעלה הזרם של מחליף החום מסיר עודפי מים נגררים ומשחזר את שולי מהירות התכנון.
חישוב מהירות עיצוב
מהירות הקיטור בכל צינור מחושבת על ידי חלוקת זרימת הקיטור הנפחית לכל צינור בשטח חתך הצינור. זרימת מסת הקיטור הכוללת נקבעת מחובת החום: זרימת מסה=חובת חום / חום סמוי של קיטור.
עבור מחליף חום PTFE של 50 קילוואט עם 40 צינורות של 8 מ"מ מזהה הפועלים בקיטור של 3 בארג, זרימת המסה לצינור היא כ-0.75 ק"ג לשעה. הנפח הספציפי של קיטור רווי ב-3 בארג הוא 0.46 מ"ק/ק"ג. הזרימה הנפחית לצינור היא 0.35 m³/h. שטח החתך של-הצינור הוא 5.0 × 10⁻⁵ מ"ר. מהירות הקיטור היא 1.9 מטר לשנייה-בגבולות בטוחים.
יש לבצע את חישוב המהירות בשלב התכנון ולוודא שהיא יורדת מתחת למקסימום המומלץ. עבור רוב מחליפי החום של PTFE עם ספירת צינורות נאותה, מהירויות הקיטור נמוכות באופן טבעי בגלל מסלולי הזרימה המקבילים המרובים. מהירות גבוהה היא לעתים קרובות יותר דאגה במחליפים קטנים עם מעט צינורות או במערכות שבהן לחץ אספקת הקיטור גבוה משמעותית מהלחץ התכנון.
תַקצִיר
מהירות הקיטור המקסימלית המותרת בתוך צינורות מחליף חום PTFE היא 20-30 מ"ש, תלוי בקוטר הצינור ולחץ הקיטור, כאשר 35-38 מ"ש מייצגים את המקסימום המוחלט שמעליו צפויה שחיקה ניתנת למדידה. מגבלות אלה מניחות שבריר יובש בקיטור של 98% ומעלה. שברי יובש נמוך יותר דורשים הפחתת מהירות.
עבור רוב מחליפי ה-PTFE מרובי-הצינורות המתוכננים כהלכה, מהירויות הקיטור נופלות באופן טבעי מתחת לגבולות אלה עקב המספר הגדול של נתיבי זרימה מקבילים. אימות מהירות במהלך התכנון מבטיח שהשחיקה אינה מגבילה את חיי השירות של הציוד.
ניתוח הנדסי לאימות מהירות קיטור בעיצובים ספציפיים של מחליפי חום PTFE זמין עם הגשת חובת חום, לחץ קיטור, ספירת צינורות וממדים ונתוני איכות קיטור.
