בעיית גודל הכותרת
מחליף חום PTFE עם 60 צינורות דורש כותרות כדי להפיץ קיטור לכל הצינורות ולאסוף קונדנסט מכל הצינורות. קוטר הכותרת משפיע על שלושה פרמטרים של ביצועים: אחידות חלוקת הקיטור בין הצינורות, ירידת הלחץ לאורך הכותרת והיכולת של כותרת העיבוי להתנקז ללא הצפה.
לכותרת קטנה מדי יש מהירות קיטור גבוהה, מה שגורם לירידה בלחץ לאורך הכותרת ולזרימה לא- אחידה לצינורות במיקומים שונים. כותרת הקונדנסט עשויה להציף אם שטח החתך- שלו אינו מספיק לזרימת הדו-של העיבוי והקיטור הבזק.
כותרת גדולה מדי היא יקרה, תופסת מקום ובעלת נפח פנימי גדול שמגדיל את-זמן החימום ואת מסת ה-PTFE הנדרשת.
הקוטר האופטימלי הוא הקוטר הקטן ביותר השומר על אחידות זרימה מקובלת ויכולת ניקוז.
חישוב קוטר כותרת Steam
ראש הקיטור מקבל קיטור רווי ב-4 בארג (רוויה של 152 מעלות) ומפיץ אותו ל-60 צינורות, כל אחד באורך 10 מ"מ OD × 8 מ"מ מזהה × 1.5 מ'. חובת החום הכוללת היא 60 קילוואט. זרימת מסת הקיטור הכוללת היא: m=60 קילוואט / 2,085 קילו-ג'ל/ק"ג (חום סמוי ב-4 בארג)=0.0288 ק"ג/שניה=104 ק"ג/שעה.
צפיפות הקיטור ב-4 בארג היא 2.67 ק"ג/מ"ר. הזרימה הנפחית היא: V=0.0288 / 2.67=0.0108 m³/s.
מהירות הקיטור המקסימלית המומלצת בכותרת היא 25 מ"ש (כדי להגביל את ירידת הלחץ והשחיקה). שטח החתך המינימלי של הכותרת- הוא: A=V / v=0.0108 / 25=0.00043 m²=430 mm². קוטר הכותרת המינימלי הוא: D=√(4A/π)=√(4 × 430 / 3.14)=23.4מ"מ.
כדי לספק מרווח לפיזור זרימה, מומלץ לקוטר כותרת של 40 מ"מ (DN40) -בערך 1.7× המינימום. זה מספק מהירות קיטור של כ-8.6 מ' לשנייה בזרימה מלאה, הרבה מתחת לגבול השחיקה ועם ירידת לחץ זניחה לאורך הכותרת.
| פרמטר גודל כותרת | כותרת Steam | כותרת עיבוי |
|---|---|---|
| לחץ עיצובי | 4 ברג | אטמוספרי (0 בארג) |
| זרימת מסה (ק"ג/שעה) | 104 | 104 |
| צפיפות נוזלים (ק"ג/מ"ר) | 2.67 (קיטור) | ~900 (עיבוי) + קיטור הבזק |
| זרימה נפחית (m³/s) | 0.0108 | ~0.00003 (נוזל) + ~0.005 (הבזק) |
| קוטר מינימלי (מחושב) | 23 מ"מ | ~20 מ"מ (נוזל בלבד; גדול יותר עבור דו-פאזי) |
| קוטר מומלץ | 40 מ"מ (DN40) | 32 מ"מ (DN32) מינימום; עדיף 40 מ"מ |
| מהירות בקוטר מומלץ | 8.6 m/s | דו-שלבי; ניקוז נאות |
דרישות מיוחדות לכותרת הקונדנסט
כותרת העיבוי חייבת להתמודד עם דו-זרימה-נוזלית בתוספת קיטור הבזק שנוצר כאשר הקונדנסט מוריד לחץ דרך מלכודת הקיטור. חלק הקיטור הבזק בפריקה של 4 בארג לאטמוספירה הוא בערך 10% במסה אך גדול בהרבה בנפח. הזרימה הנפחית של קיטור הבזק היא: V_flash=0.1 × 104 ק"ג/שעה × 1.69 מ"ק/ק"ג (נפח ספציפי של קיטור בלחץ אטמוספרי)=17.6 מ"ק לשעה=0.0049 מ"ק לשנייה.
כותרת הקונדנסט חייבת להיות בגודל עבור זרימת דו--שלב זו ללא ירידה מופרזת בלחץ או חסימה. מומלץ לקוטר מינימלי של 32 מ"מ, כאשר 40 מ"מ מועדף לניקוז אמין. הכותרת חייבת להיות משופעת ברציפות כלפי מטה לכיוון חיבור מלכודת הקיטור במינימום 1:100.
אימות התפלגות הזרימה
עם ראש קיטור של 40 מ"מ ו-60 צינורות, חלוקת הזרימה מאומתת על ידי חישוב ירידת הלחץ מכניסת הכותרת לצינור הרחוק ביותר. ירידת הלחץ לאורך הכותרת בקצב הקיטור של 8.6 מטר לשנייה היא פחות מ-50 Pa לאורך הכותרת-זניחה בהשוואה למפל הלחץ בצד הצינור של כ-5,000-8,000 Pa. כל הצינורות מקבלים למעשה את אותו לחץ הנעה. הזרימה אחידה בתוך 2-3%.
תַקצִיר
קוטר הכותרת האופטימלי עבור מחליף חום PTFE 60 צינורות, 60 קילוואט בקיטור של 4 בארג הוא 40 מ"מ (DN40) עבור כותרת הקיטור ו-32-40 מ"מ עבור כותרת העיבוי. זה מספק חלוקת קיטור אחידה, ניקוז עיבוי נאות ומהירויות הרבה מתחת לגבול השחיקה. ניתן ליישם את שיטת המידה על כל ספירת צינורות ולחץ קיטור על ידי קנה המידה של זרימת המסה והזרימה הנפחית בהתאם.
תמיכה הנדסית עבור גודל ראשי מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת ספירת הצינורות והממדים, לחץ הקיטור, חובת החום ותצורת הכותרות.
