הפרדוקס
מחליף חום PTFE בגודל של 60 קילוואט בלחץ קיטור של 4 בארג לא מצליח לשמור על נקודת ההגדרה של טמפרטורת התהליך כאשר הוא פועל ב-4 בארג. שסתום הקיטור נפתח במלואו. טמפרטורת האמבט יורדת מתחת למטרה. אולם כאשר המפעיל מפחית את לחץ הקיטור ל-2 בארג, המחליף לפתע מתפקד טוב יותר-טמפרטורת האמבט עולה ומתייצב בסמוך לנקודת ההגדרה. המחליף מספק יותר חום בלחץ קיטור נמוך יותר. זה נגד{10}}אינטואיטיבי.
הסיבה היא הצפת עיבוי בלחץ גבוה יותר. ב-4 בארג, טמפרטורת הקיטור היא 152 מעלות, וקצב העברת החום ליחידת שטח גבוה. קצב ייצור הקונדנסט גבוה בהתאם. מערכת ניקוז הקונדנסט-מלכודת הקיטור וצנרת ההחזרה-אינה יכולה להתמודד עם עומס השיא של הקונדנסט ב-4 בארג. עיבוי נסוג לתוך הצינורות, מציף את החלק התחתון. הצינורות המוצפים אינם תורמים דבר להעברת החום. שטח הפנים האפקטיבי מצטמצם. המחליף אינו יכול לספק את חובתו המדורג.
ב-2 בארג, טמפרטורת הקיטור היא 133 מעלות. קצב העברת החום נמוך יותר, וקצב ייצור הקונדנסט נמוך יותר. מערכת הניקוז יכולה להתמודד עם העומס המופחת. לא מתרחשת הצפה. כל הצינורות תורמים להעברת חום. שטח הפנים האפקטיבי גדול יותר מאשר ב-4 בארג (כאשר ההצפה הסירה חלק מהשטח). תפוקת החום הכוללת גבוהה יותר בלחץ התחתון למרות ה-LMTD הנמוך יותר.
חישוב עומס הקונדנסט
קצב יצירת הקונדנסט הוא: m_cond=Q / h_fg, כאשר Q הוא חובת החום ו-h_fg הוא החום הסמוי של קיטור. ב-4 barg, h_fg הוא בערך 2,100 קילו-ג'יי/ק"ג. ב-2 בארג, זה בערך 2,160 קילו-ג'יי/ק"ג. החום הסמוי הוא כמעט קבוע, כך שזרימת מסת הקונדנסט עומדת ביחס ישר לחובת החום.
אם המחליף ב-4 בארג מנסה לספק 60 קילוואט, עומס הקונדנסט הוא 60/2,100=0.0286 ק"ג לשנייה=103 ק"ג/שעה. ב-2 בארג, עבור חובה מופחת של 45 קילוואט (מוגבל על ידי ה-LMTD התחתון), העומס הוא 45/2,160=0.0208 ק"ג לשנייה=75 ק"ג/שעה-הפחתה של 27%.
יש להתאים את גודל מלכודת הקיטור וקו החזרת העיבוי לשיא עומס הקונדנסט. אם המלכודת נבחרה בהתבסס על מצב ההפעלה הרגיל ב-2-3 בארג, ייתכן שהיא תהיה בגודל נמוך עבור מקרה של 4 ברגים שבו עומס הקונדנסט גבוה יותר. קיבולת המלכודת בלחץ ההפרש התפעולי (לחץ קיטור מינוס לחץ קו חוזר) קובעת אם היא יכולה להתמודד עם העומס.
| לחץ קיטור | חובת חום | עומס קונדנסט | קיבולת מלכודת (דוגמה: DN15 F&T) | שִׁיטָפוֹן? |
|---|---|---|---|---|
| 2 ברג | 45 קילוואט | 75 ק"ג לשעה | 120 ק"ג לשעה ב-1.5 בר ΔP | לֹא |
| 3 ברג | 53 קילוואט | 89 ק"ג לשעה | 140 ק"ג לשעה ב-2.5 בר ΔP | לֹא |
| 4 ברג | 60 קילוואט | 103 ק"ג לשעה | 100 ק"ג לשעה ב-3.5 בר ΔP (קיבולת מופחתת עקב קיטור הבזק) | כֵּן |
אישור האבחון
אבחנת ההצפה מאושרת על ידי מדידת פרופיל טמפרטורת קיר הצינור. אם החלקים התחתונים של הצינורות קרירים (קרוב לטמפרטורת תהליך), הקונדנסט מציף את החלקים הללו. ניתן לבצע את המדידה באמצעות מדחום אינפרא אדום או צמד תרמי מגע בנקודות נגישות על צרור הצינורות.
אישור שני הוא עלייה זמנית ביכולת ניקוז הקונדנסט. פתיחה קצרה של מעקף מלכודת הקיטור (אם מותקן מעקף) או הגדלת אוורור קו החזרת העיבוי עשויה לנקות זמנית את ההצפה ולהחזיר את תפוקת החום ל-4 ברגים. אם בדיקה זו משחזרת את הביצועים, מערכת הניקוז אינה מגודלת.
פעולת התיקון
הפתרון הקבוע הוא הגדלת יכולת ניקוז הקונדנסט. האפשרויות כוללות: התקנת מלכודת קיטור גדולה יותר, הוספת מלכודת שנייה במקביל, הגדלת קוטר קו החזרת הקונדנסט, הפחתת הלחץ האחורי של קו הקונדנסט (על ידי שיפור האוורור או התקנת משאבת עיבוי), או-הטיה מחדש של כותרת הקונדנסט כדי לשפר את הניקוז.
אם לא ניתן להגדיל את קיבולת הניקוז, ניתן להגביל את לחץ הקיטור למקסימום שמערכת הניקוז יכולה להתמודד איתו ללא הצפה. שסתום הגבלת לחץ- או מגבלת נקודת קבע של מערכת בקרה מונעים פעולה בלחצים הגורמים להצפה.
תַקצִיר
מחליף חום PTFE שמתפקד טוב יותר בלחץ קיטור נמוך מאשר בלחץ עיצובי חווה הצפת עיבוי בלחץ הגבוה יותר. קצב ייצור הקונדנסט עולה על קיבולת מערכת הניקוז, מציף את חלקי הצינור התחתונים ומצמצם את שטח הפנים האפקטיבי. האבחנה מאושרת על ידי פרופיל טמפרטורת קיר הצינור ובדיקת מעקף מלכודת. הפתרון הוא יכולת ניקוז מוגברת או הגבלת לחץ הקיטור המרבי.
תמיכה הנדסית עבור פתרון בעיות בביצועי מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת לחץ קיטור, עומס עיבוי, מפרטי מלכודות, תצורת קו החזרת עיבוי ונתוני ביצועים שנצפו.
