Компромисс на длину трубки-
Более длинные трубки в однопроходном теплообменнике из ПТФЭ обеспечивают большую площадь поверхности каждой трубки, что позволяет сократить количество необходимых трубок и упростить конструкцию коллектора. Но более длинные трубы также увеличивают перепад давления пара от входа к выходу. Давление на конденсатном конце трубки ниже, чем на входе пара. Поскольку температура насыщения пара снижается с увеличением давления, эффективная температурная движущая сила теплопередачи уменьшается по длине трубы.
Соотношение между длиной трубки и перепадом давления определяет практическую максимальную длину однопроходной-конструкции. За пределами этой длины потеря температуры насыщения на выпускном конце снижает теплопередачу в выходной части трубки до неприемлемого уровня.
Расчет падения давления
Падение давления пара в прямой трубке из ПТФЭ рассчитывается по уравнению Дарси-Вейсбаха: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), где f — коэффициент трения Дарси, L — длина трубки, D — внутренний диаметр трубки, ρ — плотность пара, а v — скорость пара.
Для течения пара в гладких трубках из ПТФЭ коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса. При типичных скоростях пара 5-20 м/с в трубах с внутренним диаметром 6-10 мм число Рейнольдса составляет 5000-50000 - в турбулентном режиме. Коэффициент трения для гладких трубок составляет примерно 0,02-0,03.
По мере конденсации пара вдоль трубки скорость пара уменьшается. Падение давления не является линейным в зависимости от длины.-Участок выше по потоку с более высокой скоростью имеет более высокий перепад давления на метр, чем участок ниже по потоку.
| Длина трубки (м) | Входное давление (бар изб.) | Выходное давление (бар изб.) | Падение давления (бар) | Температура насыщения на выходе (градусы) | Убыток 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 |
Рассчитано для трубки из ПТФЭ с наружным диаметром 10 мм и внутренним диаметром 8 мм, массовым расходом пара 1,5 кг/ч на трубку, давлением на входе 3 бар изб.
Эффективная разница температур
Снижение температуры насыщения вдоль трубки снижает местный LMTD на выпускном конце. Если температура технологической жидкости составляет 60 градусов, LMTD на входе в трубу (пар при 143 градусах) составляет примерно 83 градуса. На выходе из трубы при перепаде давления 0,15 бар (труба длиной 2,0 м) температура пара составляет 140,8 градуса, а LMTD составляет примерно 80,8 градуса -, что означает снижение на 2,6%.
Среднее значение LMTD по длине трубы используется для расчетов теплопередачи. Для трубы длиной 2,0 м средний угол LMTD составляет примерно 82 градуса. Для трубы длиной 5,0 м при перепаде давления 0,30 бар среднее значение LMTD падает примерно до 79 градусов -, что на 5 % меньше, чем в случае с длиной 2,0 м.
Потеря LMTD означает, что более длинная трубка обеспечивает меньшую теплопередачу на единицу длины, чем более короткая трубка. Общая теплоотдача увеличивается с длиной, но с убывающей отдачей.
Практическая максимальная длина трубки
Практическая максимальная длина трубок одноходового-теплообменника из ПТФЭ составляет примерно 3-4 метра. За пределами этой длины штраф за падение давления-как потеря LMTD, так и повышенное противодавление в конденсатоотводчике компенсируют дополнительную площадь поверхности. Для применений, требующих большей площади поверхности, несколько более коротких трубок, соединенных параллельно, предпочтительнее, чем меньшее количество длинных трубок.
Для вертикальных однопроходных конструкций, где конденсат стекает под действием силы тяжести, а поток пара-конденсата направлен-прямоточно вниз, допустима длина труб до 5 метров, поскольку сила тяжести способствует дренажу и снижает-составляющую падения давления, связанную с конденсатом.
Краткое содержание
Падение давления пара в одноходовой-трубке теплообменника из ПТФЭ увеличивается с увеличением длины трубки, снижая температуру насыщения на выходе и эффективное LMTD. Практическая максимальная длина трубы составляет 3-4 метра для горизонтальных труб и до 5 метров для вертикальных конструкций с прямоточным нисходящим потоком. За пределами этой длины уменьшающаяся отдача тепла и повышенное противодавление в конденсатной системе благоприятствуют параллельному расположению нескольких более коротких труб.
Инженерная поддержка для оптимизации длины труб теплообменника из ПТФЭ доступна после предоставления данных о давлении пара, тепловой мощности, размерах труб и температуре технологической жидкости.
