בחירת תצורת הזרימה
ניתן לארגן מחליף חום של מעטפת PTFE-ו-צינור בלולאת מחזור מאולץ בזרימה- נגדית (זרימת נוזל תהליך וקיטור בכיוונים מנוגדים) או זרימה מקבילה- (שניהם זורמים באותו כיוון). התצורה משפיעה על הפרש הטמפרטורה הממוצע הלוגריתמי, על פרופיל הטמפרטורה לאורך המחליף וטמפרטורת דופן הצינור המקסימלית.
עבור רוב יישומי החימום, -זרימה נגדית מועדפת מכיוון שהיא מספקת LMTD גבוה יותר עבור אותן טמפרטורות כניסה ויציאה. נוזל התהליך יוצא בטמפרטורה המתקרבת לטמפרטורת כניסת הקיטור, מה שממקסם את התאוששות החום. עם זאת, לזרימה מקבילה-יש יתרונות כאשר יש צורך להגביל את טמפרטורת דופן הצינור המקסימלית-נוזל התהליך החם ביותר יוצר קשר עם הקיטור החם ביותר באותו קצה, כך שטמפרטורת הקיר אחידה יותר לאורך הצינור.
עבור מחליפי PTFE, שבהם טמפרטורת הקיר המקסימלית היא דאגה לחיי הזחילה, הבחירה בין -זרימה נגדית לזרימה- מקבילה כרוכה בחילופין- בין ביצועים תרמיים לאריכות ימים מכנית.
השוואת LMTD
ה-LMTD לזרימה נגדית-הוא: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), כאשר ΔT1 הוא הפרש הטמפרטורה בקצה אחד (כניסת קיטור - תהליך יציאה) ו-ΔT2 הוא ההפרש ביציאה בקצה השני} בתהליך {{10}).
לזרימה מקבילה-: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), כאשר ΔT1 הוא ההפרש בקצה הכניסה (כניסת תהליך כניסת קיטור -) ו-ΔT2 הוא ההפרש בקצה היציאה{10}}תהליך היציאה-).
עבור נוזל תהליך שחומם מ-20 מעלות ל-60 מעלות באמצעות קיטור רווי של 3 בארג ב-143 מעלות, ה-LMTD לזרימה נגדית- הוא בערך 101 מעלות. עבור זרימה מקבילה-, זה בערך 96 מעלות. ההפרש של 5% פירושו שמחליף זרימה נגדית דורש 5% פחות שטח פנים עבור אותה עבודה-יתרון צנוע אך אמיתי.
| פָּרָמֶטֶר | זרימה- נגדית | זרימה-מקבילית |
|---|---|---|
| טמפרטורת כניסת התהליך | 20 מעלות | 20 מעלות |
| טמפרטורת יציאת תהליך | 60 מעלות | 60 מעלות |
| טמפרטורת קיטור (קבוע) | 143 מעלות | 143 מעלות |
| LMTD | 101 מעלות | 96 מעלות |
| שטח פנים יחסי לאותה חובה | 0.95 (קטן יותר) | 1.00 (קו בסיס) |
| טמפרטורת קיר צינור מקסימלית | 143 מעלות בקצה יציאת התהליך | 143 מעלות בקצה כניסת התהליך |
| אחידות טמפרטורת קיר | משתנה לאורך הצינור | יותר אחיד |
שיקול טמפרטורת הקיר עבור PTFE
במחליף זרימה נגדית, דופן הצינור הכי חם בקצה יציאת התהליך, שם הקיטור של 143 מעלות יוצר קשר עם נוזל התהליך של 60 מעלות. טמפרטורת הקיר המקומית מתקרבת ל-140 מעלות, ומניעה זחילה בקצב גבוה באותו קטע של הצינור.
במחליף זרימה מקביל-, הקיטור של 143 מעלות יוצר קשר עם נוזל התהליך הנכנס של 20 מעלות בקצה הכניסה. הפרש הטמפרטורות הגדול מניע שטף חום גבוה, אך טמפרטורת הקיר למעשה נמוכה יותר מאשר במקרה של -הזרימה הנגדית, מכיוון שנוזל התהליך הקר מקרר את דופן הצינור בצורה יעילה יותר. טמפרטורת הקיר אחידה יותר לאורך הצינור-גם הקיטור וגם נוזל התהליך מתקררים יחד כשהם עוברים דרך המחליף.
עבור צינורות PTFE הפועלים קרוב לגבול הטמפרטורה שלהם, זרימה מקבילה- יכולה לספק הפחתה מתונה בטמפרטורת הקיר המקסימלית, ולהאריך את חיי הזחילה. היתרון הוא קטן עבור רוב היישומים-הפחתת טמפרטורת קיר של 5-10 מעלות - אך עבור מחליפים הפועלים בקצה העליון של טווח הטמפרטורות של PTFE (מעל 150 מעלות), ההפחתה יכולה להיות משמעותית עבור חיי השירות.
ההמלצה
עבור רוב יישומי מחליפי החום של PTFE, -זרימה נגדית היא התצורה המומלצת. היתרון של 5% משטח הפנים מפחית את גודל המחליף ואת העלות. הפרש טמפרטורת הקיר בין שתי התצורות קטן בטמפרטורות פעולה טיפוסיות (מתחת ל-150 מעלות).
עבור יישומים עם טמפרטורות קיטור מעל 150 מעלות, שבהם חיי הזחילה הם אילוץ עיצובי עיקרי, יש לשקול זרימה מקבילה-. טמפרטורת הקיר האחידה יותר מפחיתה את שיא קצב הזחילה בחלק החם ביותר של הצינור, ומאריכה את חיי השירות הכוללים. הגידול הצנוע בשטח הפנים הנדרש מוצדק על ידי הזמן הארוך יותר בין החלפת צינורות.
תַקצִיר
תצורת זרימה נגדית- מספקת LMTD גבוה ב-5% ודורשת פחות שטח פנים מאשר זרימה מקבילה- לאותה חובת חימום. זוהי הבחירה המועדפת עבור רוב יישומי מחליף החום PTFE. זרימה מקבילה- מציעה הפחתה קטנה בטמפרטורת דופן הצינור המקסימלית שיכולה להאריך את חיי הזחילה עבור מחליפים הפועלים מעל 150 מעלות טמפרטורת קיטור. הבחירה מאזנת בין יעילות תרמית לבין אורך חיים מכני.
תמיכה הנדסית עבור בחירת תצורת זרימת מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת טמפרטורות נוזל תהליך, לחץ קיטור וחיי שירות נדרשים.
