Kako raspored cijevi (trouglasti naspram kvadrata) utječe na bočni protok-bočnog toka i prijenos topline u PTFE izmjenjivaču?

Kada tečnost sa -strane strane prođe preko snopa PTFE cijevi, uzorak cijevi – nazvan “pitch” uzorak – utiče na to da li protok cik-cak turbulentno ili teče sa manjim otporom. Odabir rasporeda je osnovna i dugotrajna-operativna odluka. Inženjeri koji razvijaju ili specificiraju PTFE izmjenjivač topline trebaju cijeniti-ustupak između trougla i kvadratnog nagiba kako bi uravnotežili performanse prijenosa topline i-održavanje na duge staze.

Geometrija rasporeda cijevi
Obrasci rasporeda cijevi su opisani kao položaj centara cijevi u odnosu na smjer protoka na strani školjke. Najpopularniji aranžmani su korak trokuta (uključujući rotirani trokut) i kvadratni korak (uključujući okrenuti kvadrat). U svim okolnostima nagib cijevi--centralni razmak između susjednih cijevi – obično je 1,25 do 1,5 puta veći od vanjskog prečnika cijevi. Razmak je dizajniran tako da pruži odgovarajuću mehaničku čvrstoću, da spriječi kontakt cijevi i omogući da tekućina teče kroz snop sa strane školjke.

Pitch (Staggered) Trouglasti
U trouglu, svaka cijev u drugom redu je razmaknuta za pola koraka od prvog reda. Ovo dovodi do raspoređenog rasporeda tako da putevi toka nisu u pravoj liniji kroz čitav paket. Tečnost sa{2}}strane ljuske je prisiljena da se provuče između cijevi, neprestano mijenjajući smjer.

Ključne karakteristike:

Više cijevi po jedinici presjeka školjke{0}}(veća gustina cijevi)

Veća turbulencija u toku

Povećani pad pritiska na{0}}ovoj strani

Mnogo veći koeficijent prenosa toplote

Kvadratni (Inline) Pitch
Cijevi su u kvadratnom nagibu, raspoređene u redove i kolone, formirajući ravne koridore ili trake u smjeru toka školjke{0}}. Tečnost može proći kroz ove prolaze praktično neometano.

Ključne karakteristike:

Manja gustina cijevi (manje cijevi za isti prečnik školjke)

Turbulencija sa smanjenim protokom

pad pritiska na donjoj strani školjke

Niži koeficijent prijenosa topline (za sličan maseni protok)

Trake za mehaničko čišćenje sa direktnim pristupom

Utjecaj bočnog toka ljuske-i prijenosa topline
Trokutasti korak razaranja uništava laminarne granične slojeve i inducira kontinuirano budno miješanje. Tečnost ne putuje u glatkim mlazovima, već udara, odvaja se i ponovo spaja na cijevi. Takvo haotično kretanje povećava prijenos topline konvekcijom na površini cijevi. Za datu brzinu protoka na strani omotača, koeficijent prijenosa topline trokutastog-snopa koraka može biti 20-30% veći od koeficijenta jednakog kvadratnog-snopa.

Negativno je pad pritiska. Turbulencija koja povećava prijenos topline također koristi energiju pumpanja. Međutim, u mnogim primjenama PTFE izmjenjivača gdje su tekućine na-strani obično voda, para ili čisti rashladni mediji, blagi porast gubitka pritiska je prihvatljiv.

Linearni raspored održava čiste protočne trake u kvadratnom nagibu. Fluid na strani ljuske također ubrzava u uskim prazninama između cijevi, ali je protok više laminaran ili prijelazni sa manje poprečnog-miješanja. Kao rezultat toga, smanjuje se koeficijent prijenosa topline. Za istu termičku funkciju, snop kvadratnog{4}}kola može trebati veći promjer školjke ili dužu dužinu cijevi.

Poređenje gustine cevi
Na trokutastom nagibu možete imati oko 15% više cijevi u istom promjeru školjke kao na kvadratnom nagibu. To je posljedica efikasnosti pakovanja. Kod PTFE izmjenjivača, zidovi cijevi su često prilično debeli i imaju nisku toplinsku provodljivost (u poređenju sa metalnim cijevima), stoga je maksimiziranje broja cijevi često poželjno kako bi se kompenzirala inherentna toplinska otpornost PTFE-a. Trokutasti raspored povećava površinu za prijenos topline bez povećanja veličine školjke.

Pristup mehaničkom čišćenju, veliko dugoročno pitanje
Velika dugoročna razmatranja je pristup čišćenju. Kapacitet uklanjanja naslaga zagađivanja sa strane izmjenjivača će odrediti da li se jedinica može vratiti na svoje prethodne performanse nakon mjeseci ili godina korištenja.

U trouglastom nagibu, raspoređena geometrija ne dozvoljava direktne, neometane linije vida kroz cijeli paket. Mehanički instrumenti za čišćenje, kao što su koplja, mlaznice vode pod visokim pritiskom ili žičane četke ne mogu se unositi između cijevi. Za snop trokutastog-kola, jedini način čišćenja je hemijsko čišćenje (kružne kiseline, rastvarači ili deterdženti). Hemijsko čišćenje je efikasno u uklanjanju mnogih vrsta zaprljanja (kamelac, organske naslage, lagani mulj), ali tvrde postojane naslage ili one koje se neće rastvoriti u sigurnim hemikalijama mogu biti manje uspješno tretirane.

Kvadratni nagib daje jasan pristup sa ravnim hodnicima između redova cijevi. Mehanička cijev za čišćenje može se provući kroz stranu školjke, obično od odvojivog kraja kanala, da bi se otpuhale ili očistile naslage sa cijevi. Kvadratni korak je zadani izbor kada je poznato da tekućina na strani-strane školjke jako zagađuje-na primjer, nečista rashladna voda, tokovi procesa polimerizacije ili tekućine koje sadrže suspendirane čestice koje se peku na površinama.

Primjena u{0}}izmjenjivačima topline u PTFE
Za korozivnu upotrebu na strani cijevi (tečnost unutar cijevi), najčešće su specificirani PTFE izmjenjivači topline. PTFE cijevi su otporne na oštećenja od jakih kiselina, lužina i organskih rastvarača. U mnogim postrojenjima strana ljuske transportuje čistu pomoćnu tečnost kao što je rashladna voda, para ili ulje za prenos toplote. Zaprljanost je mala jer su tečnosti sa-strane školjke općenito čiste. Kao rezultat toga, trokutasti nagib preovlađuje u PTFE izmjenjivačima. Direktno poboljšava performanse s većim koeficijentom prijenosa topline i povećanom gustoćom cijevi bez kazne za čišćenje.

Međutim, postoji drugačiji problem kada korozivna ili obrasta tekućina mora biti na strani ljuske. Ovo se dešava u nekim procesnim aranžmanima -- npr. gdje se strana školjke mora otvoriti radi inspekcije, ili gdje je strana cijevi rezervirana za čistu tekućinu kako bi se smanjio pad tlaka. Ako tečnost na strani ljuske kvari, onda je kvadratni korak jako poželjan. Gubitak termičkih performansi nadoknađen je sposobnošću mehaničkog čišćenja PTFE cijevi izvana tokom godišnjih prekida održavanja.

Kompromis ukratko
Triangular Pitch Feature Pitch Square
Gustina cijevi Veća (~15% više cijevi) Dolje.
Turbulencija na strani ljuske Visoka (postepeni protok) Niska do umjerena (paralelne trake)
Koeficijent prijenosa topline Veći Donji
Pad pritiska na strani ljuskeViši Donji
Pristup mehaničkom čišćenju. Nema (samo hemijsko čišćenje) Dobar (direktne pristupne trake)
Uobičajena upotreba PTFE izmjenjivača topline Čista tekućina (voda, para, ulje) na strani omotača Zaprljavanje Shell-bočne tekućine
Zapravo, izbor između trougla i kvadratnog koraka za PTFE izmjenjivač cijevi rasporeda trouglastog kvadrata rijetko je stvar čiste nadmoći. To je kompromis između performansi i mogućnosti održavanja. Trokutasti oblik pruža kompaktniji i efikasniji izmjenjivač za čistu -bočnu stranu. Kvadratni uzorak ugrožava malo termičke performanse kako bi se dobila mogućnost vraćanja performansi pomoću koplja ili četke za uslugu zabranjivanja.

Utjecaj rasporeda na cijenu životnog ciklusa PTFE izmjenjivača
Pored neposrednih toplotnih i hidrauličkih problema, raspored cevi utiče na ukupne troškove vlasništva. Trokutasti-izmjenjivač može imati jeftiniju prvu cijenu (manja školjka za istu površinu) i nižu radnu energiju (bolja efikasnost prijenosa topline), ali ako se kvarovi na strani ljuske i hemijsko čišćenje ne povrate na performanse, jedinica će se možda morati prijevremeno zamijeniti. S druge strane, izmjenjivač kvadratnog{3}}kola može imati veću školjku i veću početnu cijenu, ali se može više puta mehanički čistiti, čime se produžava vijek trajanja do beskonačnosti.