Вертикальная геометрия, которая определяет дизайн
Вертикальная линия обшивки эксплуатирует резервуар шириной 0,8 м, глубиной 0,6 м и высотой 2,5 м. Заготовки перемещаются через резервуар вертикально по скребку, а доступное пространство для теплообменника ограничено двумя узкими боковыми стенками. Площадь занимаемой площади для теплообменника составляет 0,4 м на 0,4 м, а высота — 2,0 м.
Для стандартного горизонтального пучка змеевиков требуется площадь 1,2 х 0,3 м, которая не помещается в вертикальный резервуар. Требуется не-стандартный дизайн.
В не-стандартной конструкции используется вертикальный пучок, крепящийся к одной боковой стене. Пучок имеет площадь 0,35 м на 0,35 м и высоту 1,8 м. Трубы проходят вертикально, и технологическая жидкость течет вверх через пучок за счет естественной конвекции или перемешивающего потока.
Вертикальная конфигурация пакета
Вертикальная конфигурация пучка имеет ряд преимуществ для вертикальных линий обшивки. Вертикальная ориентация позволяет комплекту поместиться в узком пространстве боковой стены. Вертикальные участки трубок позволяют нагретой жидкости подниматься по трубкам, что способствует естественной конвекции и улучшает теплообмен. Вертикальная ориентация также позволяет конденсату свободно стекать со стороны обслуживания, что предотвращает гидроудар, который может возникнуть в горизонтальных паровых змеевиках.
Вертикальная связка имеет некоторые недостатки. Вертикальные участки труб требуют более высокого пучка труб для той же площади поверхности, что может не соответствовать доступной высоте. Вертикальная ориентация также подвергает верхние трубы воздействию более низкой скорости технологической жидкости, что снижает коэффициент теплопередачи в этой области.
Площадь поверхности и количество трубок
Площадь поверхности теплообменника вертикальной линии с обшивкой определяется тепловой нагрузкой и пределом теплового потока. Для бака с тепловой нагрузкой 5 кВт и пределом теплового потока 0,8 Вт/см² необходимая площадь поверхности составляет 6,3 м².
Для трубы с наружным диаметром 6,35 мм и толщиной стенки 0,6 мм площадь поверхности на метр трубы равна 0,0199 м²/м. Для площади 6,3 м² общая длина трубы составляет примерно 317 м.
При высоте пучка 1,8 м длина трубы за проход составляет 1,8 м. Количество проходов трубок — 317 / 1.8=176. Количество трубок в пучке определяется занимаемой площадью и расстоянием между трубками. При площади 0,35 х 0,35 м и расстоянии между трубками 12 мм количество трубок в ряду составляет примерно 29, а число рядов — примерно 29. Общее количество трубок составляет примерно 840 трубок.
Большое количество трубок и малый диаметр трубок характерны для теплообменников с вертикальной обшивкой. Небольшой диаметр необходим для достижения площади поверхности на ограниченной площади.
Материал трубки и толщина стенки
Материал труб для теплообменника вертикальной линии обшивки следует выбирать с учетом химического состава процесса. Для ванн кислотного покрытия стандартным материалом является ПТФЭ. Для щелочных ванн можно использовать ПТФЭ или ПВДФ.
Толщина стенки должна составлять 0,5–0,7 мм. Более тонкая стенка снижает термическое сопротивление и температуру стенки, но также снижает механическую прочность и устойчивость к повреждениям при обращении. Стенка толщиной 0,6 мм обеспечивает баланс между тепловыми характеристиками и механической прочностью.
Расположение и конструкция подключения
Соединения для теплообменника вертикальной линии обшивки должны быть расположены в верхней части пучка, чтобы обеспечить вход рабочей жидкости и слив конденсата. Соединения технологической жидкости должны располагаться внизу и вверху пакета, чтобы обеспечить возможность технологического потока течь вверх через пакет.
Размер соединения должен соответствовать расходу и перепаду давления. При расходе рабочей жидкости 5 м³/ч и предельном перепаде давления 20 кПа размер соединения составляет 1 дюйм. Для расхода технологической жидкости 10 м³/ч и предельного падения давления 15 кПа размер соединения составляет 1,5 дюйма.
Соединения должны быть фланцевыми с прокладками с высоким-восстановлением, чтобы выдерживать циклические изменения температуры. Номинальное значение фланца должно соответствовать давлению рабочей жидкости.
Конструкция опоры и монтажа
Конструкция опоры теплообменника вертикальной линии обшивки должна позволять крепить пучок к стенке резервуара, не мешая перемещению заготовки. Опора должна быть регулируемой, чтобы можно было расположить связку на правильной высоте и в нужном положении.
Опора должна выдерживать тепловое расширение пучка. Скользящая опора или гибкое соединение в верхней части пакета позволяет пакету расширяться и сжиматься, не создавая нагрузки на стенки резервуара или соединения.
Крепление должно быть спроектировано так, чтобы его можно было снять для очистки или замены без демонтажа резервуара или трубопроводов. Быстроразъемный-фитинг на соединениях и подъемная проушина в верхней части связки облегчают снятие.
Положения о контроле и мониторинге
Средства контроля для теплообменника вертикальной линии гальванического покрытия должны включать датчик температуры на выходе технологического процесса и датчик температуры в зоне гальванического покрытия. Разница между двумя датчиками указывает на эффективность теплопередачи и скорость загрязнения.
Датчик падения давления на стороне обслуживания указывает на дренаж конденсата и скопление не-неконденсируемого газа. Датчик потока на стороне процесса обеспечивает индикацию скорости потока и эффективности теплопередачи.
Система управления должна быть способна поддерживать температуру ванны в пределах ±1 градуса. Для точного контроля температуры рекомендуется использовать ПИД-регулятор с производным действием.
Контрольный список спецификаций
В следующей таблице приведены технические характеристики не-стандартного теплообменника из ПТФЭ для вертикальной линии покрытия.
| Параметр | Спецификация | Основа |
|---|---|---|
| Размеры резервуара | 0.8 m × 0.6 m × 2.5 m | Геометрия вертикальной линии |
| Доступная площадь | 0.35 m × 0.35 m | Пространство боковой стены |
| Доступная высота | 1.8 m | Высота бака минус клиренс |
| Тепловая нагрузка | 5 кВт | Рассчитано с маржой |
| Площадь поверхности | 6.3 m² | Тепловая нагрузка, деленная на тепловой поток |
| Тепловой поток | 0,8 Вт/см² | Предел устойчивости ванны |
| Внешний диаметр трубки | 6,35 мм | Вписывается в ограниченное пространство |
| Толщина стенки трубы | 0,6 мм | Тепловой и механический баланс |
| Материал трубки | ПТФЭ | Химическая совместимость |
| Количество трубок | 840 | Площадь поверхности и занимаемая площадь |
| Высота пачки | 1.8 m | Доступная высота |
| Расстояние между трубами | 12 мм | Проникновение потока перемешивания |
| Размер соединения (сервис) | 1 дюйм | Расход и падение давления |
| Размер соединения (процесс) | 1,5 дюйма | Расход и падение давления |
| Тип подключения | фланцевый | Размещение на термальном велосипеде |
| Материал прокладки | Расширенный ПТФЭ | Высокое восстановление |
| Тип поддержки | Раздвижной | Тепловое расширение |
| Монтаж | Настенный-монтаж | Геометрия бака |
| Датчики температуры | Выход процесса и зона покрытия | Мониторинг производительности |
| Датчик падения давления | Сервисная сторона | Мониторинг отвода конденсата |
| Датчик потока | Сторона процесса | Мониторинг расхода |
| Система управления | ПИД с производной | Контроль температуры ±1 градус |
Смета стоимости
Стоимость не-стандартного теплообменника из ПТФЭ для вертикальной линии покрытия зависит от площади поверхности, материала труб, а также условий подключения и управления. Для установки площадью 6,3 м² с тефлоновыми трубками, фланцевыми соединениями и датчиками температуры и давления капитальные затраты составляют примерно 22 000–28 000 долларов США.
Ежегодная стоимость обслуживания составляет примерно 1500–2500 долларов США, включая очистку, замену прокладки и калибровку датчика. Ожидаемый срок службы составит 8–12 лет при правильном обслуживании.
Соответствие не-стандартного дизайна требованиям к вертикальной линии
Не-стандартный теплообменник из ПТФЭ для вертикальной линии нанесения покрытия следует выбирать с учетом фактических размеров резервуара, занимаемой площади и технологических требований. Вертикальная конфигурация пучка, малый диаметр трубок и большое количество трубок являются определяющими особенностями не-стандартной конструкции.
Нестандартная конструкция- позволяет теплообменнику разместиться в ограниченном пространстве вертикальной линии, не мешая перемещению заготовки. Вертикальная ориентация также способствует естественной конвекции и дренажу конденсата, что улучшает теплопередачу и снижает риск гидроудара.
Для объектов вертикальной линии покрытия, оценивающих варианты теплообменника из ПТФЭ, нестандартная конструкция должна быть указана в закупочной документации и проверена при вводе в эксплуатацию. Конфигурация по умолчанию, предоставленная производителем, может представлять собой горизонтальный блок, который не подходит для вертикального резервуара, и полученная в результате установка может потребовать существенной модификации.
Инженеры по оборудованию и специалисты по закупкам, оценивающие характеристики теплообменника из ПТФЭ для вертикальных линий обшивки или других услуг с ограниченным пространством,-могут запросить анализ конструкции, охватывающий размеры резервуара, занимаемую площадь, тепловую нагрузку, площадь поверхности, геометрию труб, расположение соединений и конструкцию опор, чтобы подтвердить, что устройство соответствует фактическим требованиям к вертикальной линии и структуре затрат объекта.
