مشكلة التثبيت عن بعد
تفرض قيود المساحة أحيانًا تركيب المبادل الحراري PTFE بعيدًا عن خزان العملية. يقع المبادل في طابق نصفي، في غرفة مجاورة، أو خارج المبنى. تحمل الأنابيب المترابطة سائل المعالجة الساخن من المبادل إلى الخزان وتعيد السائل المبرد لإعادة التسخين.
كل متر من الأنابيب المتصلة يفقد الحرارة للبيئة المحيطة به. قد يصل المحلول الساخن الذي يغادر مبادل PTFE عند درجة 65 إلى الخزان عند درجة 58. يمثل انخفاض درجة الحرارة القدرة التدفئة المفقودة. يجب أن يعمل المبادل بجهد أكبر للتعويض، مما يزيد من استهلاك البخار وربما يتجاوز واجب التصميم الخاص به.
السؤال المطروح لمهندس التصميم: ما مقدار السعة المفقودة، وعند أي طول للأنبوب يصبح التثبيت عن بعد غير اقتصادي؟
آلية فقدان الحرارة
فقدان الحرارة من الأنابيب المترابطة يتبع قانون نيوتن للتبريد. يعتمد معدل فقدان الحرارة على الفرق في درجة الحرارة بين السائل والهواء المحيط، ومساحة سطح الأنبوب، ومعامل انتقال الحرارة الإجمالي من السائل إلى المحيط.
تفقد الأنابيب المعدنية غير المعزولة الحرارة بسرعة. إن أنبوب قطره 50 مم يحمل المحلول عند 65 درجة خلال محيط 20 درجة يفقد حوالي 150-250 واط لكل متر خطي. على مدى 20 مترا، تكون الخسارة 3-5 كيلو واط. بالنسبة لنظام تسخين بقدرة 30 كيلووات، يمثل هذا انخفاضًا في السعة بنسبة 10-17%.
الأنابيب المعزولة تقلل من الخسائر بشكل كبير. إن الصوف المعدني أو العزل الرغوي المحدد بشكل صحيح بسمك 25-50 مم يقلل من فقدان الحرارة إلى 20-40 واط لكل متر. نفس المدى الذي يبلغ طوله 20 مترًا يفقد فقط 0.4-0.8 كيلو واط - وهو ما يمكن التحكم فيه بنسبة 1-3٪ من سعة النظام.
الجدول 1: فقدان الحرارة من الأنابيب المتصلة (أنبوب 50 مم، سائل 65 درجة، محيط 20 درجة)
| حالة العزل | فقدان الحرارة لكل متر (W/m) | فقدان التشغيل 10 أمتار (كيلوواط) | فقدان التشغيل 20 مترًا (كيلوواط) | فقدان القدرة الفعالة (نظام 30 كيلوواط) |
|---|---|---|---|---|
| أنابيب الصلب غير المعزولة | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| أنابيب PTFE غير معزولة | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| 25 ملم صوف معدني عازل | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| 50 ملم صوف معدني عازل | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| أنبوب-معزول مسبقًا (مملوء بالرغوة-). | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
قيم فقدان الحرارة تقريبية للأنابيب الأفقية في الهواء الساكن. تعتمد الخسائر الفعلية على سرعة الرياح، ودعامات الأنابيب، وسلامة العزل.
اعتبارات أنابيب PTFE
تتميز أنابيب التوصيل البيني PTFE بموصلية حرارية أقل من المعدن، مما يوفر عزلًا متواضعًا. إن فقدان الحرارة من أنابيب PTFE غير المعزولة أقل بحوالي 20% من الأنابيب الفولاذية المماثلة. هذه الميزة الصغيرة لا تلغي الحاجة إلى العزل على المدى الطويل.
تتميز أنابيب PTFE بمعامل عالي للتمدد الحراري. تتطلب المسارات الطويلة المستقيمة حلقات توسعة أو منفاخًا لمنع الضغط الزائد عند النقاط الثابتة. يجب أن تكون وسائل التمدد متكاملة مع نظام العزل لتجنب إنشاء أقسام غير معزولة عند فواصل التمدد.
إن المسافة الداعمة لأنابيب PTFE أقرب من الفولاذ بسبب انخفاض الصلابة. يدعم إنشاء جسور حرارية من خلال العزل. يجب أن يشتمل كل دعم على وسادة عازلة بين الأنبوب ومشبك الدعم لتقليل فقدان الحرارة الموضعي.
إرشادات التصميم للتثبيتات عن بعد
قم بتقليل طول الأنبوب أولاً. حدد موقع المبادل الحراري PTFE بالقرب من الخزان بقدر ما تسمح به القيود المادية. كل متر يتم توفيره يقلل من فقدان الحرارة والتكلفة الرأسمالية للأنابيب والعزل.
عزل جيدا. يجب عزل جميع الأنابيب المتصلة الساخنة، بما في ذلك التركيبات والفلنجات والصمامات. تسمح وسادات العزل القابلة للإزالة بالوصول إلى الحافة والصمام دون فقدان الحرارة بشكل دائم.
حجم المبادل مع فقدان الحرارة المحسوب المتضمن في واجب التصميم. يتطلب حمل العملية بقدرة 30 كيلووات مع فقدان الأنابيب بمقدار 2 كيلووات مبادلًا بقدرة 32 كيلووات، وليس 30 كيلووات. التكلفة الإضافية صغيرة مقارنة باكتشاف ضعف الأداء بعد التثبيت.
ضع في اعتبارك معدل تدفق إعادة التدوير الذي يتم ضخه. تزيد معدلات التدفق الأعلى من فقدان الحرارة لكل متر قليلاً ولكنها تقلل من انخفاض درجة الحرارة لكل تمريرة. يعتمد التأثير الصافي على درجة الحرارة المسلمة على تكوين الأنابيب المحدد.
ملخص
تفقد تركيبات المبادل الحراري PTFE عن بعد قدرة التسخين من خلال فقدان حرارة الأنابيب المتصلة. يمكن أن تفقد الأنابيب غير المعزولة التي يزيد طولها عن 10 أمتار ما يزيد عن 10% من سعة النظام. العزل المناسب يقلل من الخسائر إلى 1-3٪.
تعطي إرشادات التصميم الأولوية لتقليل طول الأنابيب، وعزل جميع الأسطح الساخنة، بما في ذلك الخسائر المحسوبة في حجم المبادل. توفر الموصلية الحرارية المنخفضة لأنابيب PTFE ميزة صغيرة متأصلة ولكنها لا تحل محل العزل.
يتوفر التحليل الهندسي لتصميم تركيب المبادل الحراري PTFE عن بعد عند تقديم تخطيط الأنابيب ومواد الأنابيب وقطرها ودرجة حرارة السائل والظروف المحيطة ومواصفات العزل المتاحة.
