הסחר באורך הצינור-כבוי
צינורות ארוכים יותר במחליף חום PTFE-יחיד מספקים יותר שטח פנים לכל צינור, מפחיתים את מספר הצינורות הדרושים ומפשטים את עיצוב הכותרות. אבל צינורות ארוכים יותר גם מגבירים את ירידת לחץ הקיטור מכניסה ליציאה. הלחץ בקצה הקונדנסט של הצינור נמוך יותר מאשר בכניסת הקיטור. מכיוון שטמפרטורת הרוויה של הקיטור יורדת עם הלחץ, הכוח המניע את הטמפרטורה האפקטיבית להעברת חום מצטמצם לאורך הצינור.
הקשר בין אורך הצינור לבין ירידת הלחץ קובע את האורך המרבי המעשי עבור עיצוב- יחיד. מעבר לאורך זה, אובדן טמפרטורת הרוויה בקצה היציאה מפחית את העברת החום בחלק המורד של הצינור לרמה בלתי מתקבלת על הדעת.
חישוב ירידת הלחץ
ירידת לחץ הקיטור בצינור PTFE ישר מחושבת ממשוואת Darcy-Weisbach: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), כאשר f הוא גורם החיכוך של Darcy, L הוא אורך הצינור, D הוא הקוטר הפנימי של הצינור, ρ הוא צפיפות הקיטור ו-vocity הוא צפיפות הקיטור.
עבור זרימת קיטור בצינורות PTFE חלקים, גורם החיכוך תלוי במספר ריינולדס. במהירויות קיטור טיפוסיות של 5-20 מ"ש בצינורות מזהה של 6-10 מ"מ, מספר ריינולדס הוא 5,000-50,000 - במשטר הסוער. מקדם החיכוך עבור צינורות חלקים הוא בערך 0.02-0.03.
כאשר קיטור מתעבה לאורך הצינור, מהירות הקיטור יורדת. ירידת הלחץ אינה לינארית באורך-לקטע במעלה הזרם, עם מהירות גבוהה יותר, יש ירידת לחץ גבוהה יותר למטר מאשר בקטע במורד הזרם.
| אורך צינור (מ') | לחץ כניסה (ברג) | לחץ יציאה (ברג) | ירידת לחץ (בר) | טמפרטורת רוויה ביציאה (מעלה) | הפסד LMTD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 3.0 | 2.96 | 0.04 | 142.5 | 0.5 |
| 2.0 | 3.0 | 2.91 | 0.09 | 141.8 | 1.2 |
| 3.0 | 3.0 | 2.85 | 0.15 | 140.8 | 2.2 |
| 5.0 | 3.0 | 2.70 | 0.30 | 138.5 | 4.8 |
| 8.0 | 3.0 | 2.45 | 0.55 | 135.0 | 9.5 |
מחושב עבור צינור PTFE בגודל 10 מ"מ × 8 מ"מ מזהה PTFE, זרימת מסת קיטור 1.5 ק"ג/שעה לצינור, לחץ כניסה 3 בארג.
הפרש הטמפרטורה האפקטיבית
הפחתת טמפרטורת הרוויה לאורך הצינור מפחיתה את ה-LMTD המקומי בקצה היציאה. אם נוזל התהליך הוא ב-60 מעלות, ה-LMTD בכניסת הצינור (קיטור 143 מעלות) הוא בערך 83 מעלות. במוצא הצינור עם ירידת לחץ של 0.15 בר (צינור של 2.0 מטר), טמפרטורת הקיטור היא 140.8 מעלות, וה-LMTD הוא כ-80.8 מעלות -הפחתה של 2.6%.
ה-LMTD הממוצע לאורך הצינור משמש לחישובי העברת חום. עבור צינור של 2.0 מ', ה-LMTD הממוצע הוא כ-82 מעלות. עבור צינור של 5.0 מ' עם ירידת לחץ של 0.30 בר, ה-LMTD הממוצע יורד לכ-79 מעלות -הפחתה של 5% מהמקרה של 2.0 מ'.
אובדן LMTD אומר שצינור ארוך יותר מספק פחות העברת חום ליחידת אורך מאשר צינור קצר יותר. העברת החום הכוללת גדלה עם האורך, אך עם החזרות פוחתות.
אורך הצינור המרבי בפועל
אורך הצינור המרבי המעשי עבור מחליף חום PTFE-יחיד הוא כ-3-4 מטרים. מעבר לאורך זה, עונש ירידת הלחץ-גם אובדן LMTD וגם הלחץ האחורי המוגבר על מלכודת הקיטור מקזזים את שטח הפנים הנוסף. עבור יישומים הדורשים יותר שטח פנים, צינורות קצרים מרובים במקביל עדיפים על פני פחות צינורות ארוכים יותר.
עבור עיצובים אנכיים של מעבר יחיד-, שבהם מעובה מתנקז על ידי כוח הכבידה וזרימת-הקיטור היא זרם- במקביל כלפי מטה, אורכי צינורות של עד 5 מטרים עשויים להיות מקובלים מכיוון שכוח הכבידה מסייע לניקוז ומפחית את רכיב נפילת הלחץ הקשור- לעיבוי.
תַקצִיר
ירידת לחץ הקיטור בצינור מחליף חום מסוג PTFE-מתגברת עם אורך הצינור, ומפחיתה את טמפרטורת הרוויה ביציאה ואת ה-LMTD האפקטיבי. אורך הצינור המרבי המעשי הוא 3-4 מטר עבור צינורות אופקיים ועד 5 מטר עבור עיצובי זרימה אנכית של זרם משותף. מעבר לאורכים אלה, החזרת העברת החום הפוחתת והלחץ האחורי המוגבר על מערכת הקונדנסט מעדיפים מספר צינורות קצרים יותר במקביל.
תמיכה הנדסית עבור אופטימיזציה של אורך צינור מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת לחץ הקיטור, חובת החום, ממדי הצינור וטמפרטורת נוזל התהליך.
