Вопрос о марже
Инженер-технолог рассчитывает теплообменник из ПТФЭ на мощность 75 кВт при номинальной производительности 5000 литров в час. Расчетная площадь поверхности составляет 9,2 м². Вопрос: какую маржу надо прибавить к этой расчетной стоимости?
Слишком малый запас, и теплообменник не сможет поддерживать температуру, когда производительность увеличивается до 6000 литров в час во время пиковой нагрузки или когда температура охлаждающей воды поднимается на 5 градусов летом. Слишком большая маржа, и теплообменник физически больше, чем необходимо, занимая чрезмерный объем резервуара и увеличивая капитальные затраты.
Маржа – это не догадки. Это количественная инженерная оценка, основанная на конкретной изменчивости процесса. На общую маржу влияют три различных источника изменчивости, и каждый из них следует оценивать отдельно.
Три компонента маржи
Изменчивость объемов производства является первым компонентом. Если номинальная производительность составляет 5000 л/ч с документально подтвержденным максимумом 6000 л/ч во время пиковых кампаний, коэффициент запаса по пропускной способности составляет 6000/5,000=1.20 или +20%.
Вторым компонентом является изменчивость охлаждающей или нагревательной среды. Если охлаждающая вода подается при температуре 28 градусов зимой и 33 градуса летом, средняя логарифмическая разница температур уменьшается. Для процесса, требующего 55 градусов, зимняя LMTD с охлаждающей водой 28 градусов может составлять 22 градуса, а летняя LMTD с водой 33 градуса — 19 градусов. Площадь теплообменника должна увеличиться на соотношение LMTD, чтобы обеспечить такую же тепловую нагрузку летом. Средний коэффициент изменчивости составляет 22/19=1.16, или +16%.
Допуск на загрязнение является третьим компонентом. Хотя ПТФЭ устойчив к загрязнению, возможно его медленное накопление в течение интервала очистки. Небольшой коэффициент загрязнения 0,0002 м²·К/Вт снижает эффективное значение U- на 8–12%. Коэффициент загрязнения составляет примерно 1,10, или +10%.
Общая маржа представляет собой произведение отдельных коэффициентов: 1,20 × 1,16 × 1.10=1.53, или увеличение на 53 % по сравнению с номинальной расчетной площадью. Это звучит грандиозно, но каждый фактор оправдан документально подтвержденной изменчивостью процесса.
Таблица 1. Пример расчета запаса по площади поверхности (номинальная мощность 75 кВт)
| Маржинальный компонент | Основа | Фактор | Совокупная площадь (м²) |
|---|---|---|---|
| Расчетная площадь (номинальная) | 5000 л/ч, охлаждающая вода 28 градусов, чистая | 1.00 | 9.2 |
| Запас пропускной способности | Пиковая производительность 6000 л/ч (+20 % тепловой нагрузки) | 1.20 | 11.0 |
| Запас охлаждающей среды | Летняя вода 33 градуса (снижение ЛМТД) | 1.16 | 12.8 |
| Предел загрязнения | Устойчивость к загрязнению 0,0002 м²·К/Вт | 1.10 | 14.1 |
| Общая указанная площадь | 1.53 | 14.1 |
Возможность отключения
Теплообменник размером с запасом 53% работает при частичной нагрузке при нормальном производстве. Для теплообменника из ПТФЭ с паровым-нагревом работа при частичной-нагрузке достигается за счет регулирования давления пара. Более низкое давление пара снижает температуру насыщения, что снижает LMTD и тепловую мощность. Теплообменник саморегулируется-для подачи тепла, необходимого для процесса, при условии, что система управления правильно настроена.
ПТФЭ теплообменники выдерживают широкий диапазон регулирования без проблем в работе. Не существует минимального расхода пара, ниже которого возникает коррозия, как в случае с металлическими теплообменниками. Конденсат нормально стекает даже при низких нагрузках пара, при условии, что конденсатоотводчик рассчитан на весь диапазон потоков конденсата.
Диапазон регулирования теплообменника из ПТФЭ увеличенного размера практически бесконечен-обменник может стабильно работать при любой доле своей максимальной мощности вплоть до нуля.
Пособие на будущее расширение
Запас, явно предназначенный для будущего расширения мощностей, должен быть документирован отдельно от операционных запасов. Маржа будущего расширения может составить 20-50% в зависимости от планов расширения завода. Этот запас не требуется для текущего производства, но позволяет избежать замены теплообменника при увеличении мощности.
О запасе на расширение следует сообщить изготовителю теплообменника как таковой, чтобы конструкция учитывала будущие нагрузки по потоку пара и конденсату без внесения изменений в коллекторы или соединения.
Краткое содержание
Правильный запас площади поверхности для теплообменника из ПТФЭ при работе с переменной-пропускной способностью является произведением индивидуально оцененных факторов изменчивости пропускной способности, изменчивости нагревающей/охлаждающей среды и допуска на загрязнение. Типичная общая маржа колеблется в пределах 30-60% от номинальной расчетной площади.
ПТФЭ-обменники допускают широкий диапазон регулирования без эксплуатационных проблем, поэтому штраф за консервативный размер ограничивается дополнительными капитальными затратами более крупного теплообменника. Преимущество заключается в том, что теплообменник соответствует технологическим требованиям при всех нормальных условиях эксплуатации.
Технические рекомендации по характеристикам запаса теплообменника из ПТФЭ доступны после предоставления диапазонов производительности, сезонных изменений в энергосистеме, данных о скорости загрязнения (если таковые имеются) и планов будущего расширения.
