حساب تمرير الأنبوب
يعمل خط النحاس اللاكهربائي ثنائي الفينيل متعدد الكلور بدرجة حرارة 38-42 درجة مع تحمل شديد لدرجة الحرارة. يجب أن يوفر المبادل الحراري PTFE 35 كيلو واط من رسوم التسخين باستخدام 2 بار من البخار. تستوعب مساحة الخزان المتوفرة مساحة ملف تبلغ 1.2 مترًا في 0.8 مترًا. سؤال التصميم: كم عدد الأنابيب التي تمر عبر هذه البصمة التي تحقق نقل الحرارة المطلوب؟
تحدد تمريرات الأنبوب شيئين. تؤدي المزيد من التمريرات إلى زيادة إجمالي طول الأنبوب ومساحة السطح داخل البصمة الثابتة. لكن المزيد من التمريرات تؤدي أيضًا إلى زيادة انخفاض الضغط الجانبي للبخار- وتعقيد تصريف المكثفات. يوفر عدد التمريرات الأمثل نقل الحرارة المطلوب دون تجاوز ميزانية ضغط البخار أو خلق مشاكل في الصرف.
طريقة الحساب
يبدأ الحساب تدريجيًا من واجب الحرارة حتى تمرير العد.
مساحة السطح المطلوبة تأتي أولاً. مع قوة تشغيل تبلغ 35 كيلووات، والبخار عند 133 درجة، والحمام عند 40 درجة، وLMTD بحوالي 85 درجة، وقيمة U- تبلغ 280 واط/م²·ك للجدار الرقيق - PTFE، تبلغ المساحة المطلوبة 35,000 / (280 × 85)=1.47 م².
طول الأنبوب يتبع من المساحة وقطر الأنبوب. باستخدام أنابيب OD مقاس 8 مم، يوفر كل متر طولي 0.0251 مترًا مربعًا من مساحة السطح. الطول الإجمالي المطلوب هو 1.47 / 0.0251=58.6 متر.
يقسم عدد التمريرات الطول الإجمالي على طول كل تمريرة. تسمح المساحة المتاحة التي تبلغ 1.2 مترًا بتمريرات بطول نشط يبلغ حوالي 1.1 مترًا. توفر كل تمريرة 1.1 متر من طول الأنبوب. التمريرات المطلوبة: 58.6 / 1.1=53.3، مقربة إلى 54 تمريرة.
الجدول 1: حساب تمرير الأنبوب لسخان الحمام النحاسي اللاكهربائي بقدرة 35 كيلووات
| المعلمة | قيمة | وحدة |
|---|---|---|
| واجب الحرارة | 35 | كيلوواط |
| درجة حرارة البخار (2 بار) | 133 | درجة |
| درجة حرارة الحمام | 40 | درجة |
| لمتد | 85 | درجة |
| تصميم قيمة U-. | 280 | W/m²·K |
| المساحة السطحية المطلوبة | 1.47 | m² |
| أنبوب التطوير التنظيمي | 8 | مم |
| مساحة السطح لكل متر خطي | 0.0251 | m²/m |
| إجمالي طول الأنبوب | 58.6 | m |
| طول التمريرة المتاحة | 1.1 | m |
| عدد التمريرات المحسوبة | 54 | يمر |
| عدد التمريرات الموصى بها (بهامش 10%) | 60 | يمر |
التكوين داخل البصمة
ستين تمريرة ضمن مساحة 1.2 م × 0.8 م تتطلب تنظيم الأنابيب في صفوف وأعمدة. مع أنابيب متباعدة عند مراكز 25 مم للسماح بتدفق المحلول بينها، فإن عرض 0.8 متر يستوعب 32 أنبوبًا في كل صف. ستون تمريرة مرتبة على شكل صفين من 30 أنبوبًا تتناسب مع البصمة.
يمكن تكديس الصفين عموديًا كشبكة ذات مستويين-. يدخل البخار إلى رأس التوزيع، ويتدفق عبر 30 أنبوبًا متوازيًا في الصف العلوي، ويعود عبر 30 أنبوبًا في الصف السفلي، ويتجمع في رأس المتكثف. يعمل تدفق البخار الفردي - هذا مع دوائر الأنابيب المتوازية على تقليل انخفاض الضغط مع تحقيق الطول الإجمالي المطلوب.
قيود محددة على النحاس غير الكهربائي
تمثل الحمامات النحاسية غير الكهربائية قيودًا فريدة على تصميم السخان تتجاوز الحسابات الحرارية. الحمام غير مستقر من الناحية الديناميكية الحرارية. تؤدي درجة حرارة الجدار الزائدة إلى ترسيب النحاس تلقائيًا على سطح المدفأة-نفس مشكلة خروج اللوحة-التي تدمر السخانات المعدنية.
يزيل PTFE الطلاء التحفيزي، لكن درجة حرارة الجدار تظل مهمة. عند درجات حرارة البخار أعلى من 140 درجة، يصبح التحلل الموضعي بالقرب من جدار الأنبوب ممكنًا حتى بدون تأثيرات سطحية محفزة. يوفر البخار ذو 2 بار المحدد درجة حرارة تشبع تبلغ 133 درجة، مما يحافظ على درجة حرارة الجدار بأمان أقل من عتبة التحلل.
يؤثر عدد التمريرات على هامش الأمان هذا. تؤدي التمريرات القليلة جدًا إلى زيادة سرعة البخار وانخفاض الضغط ولكن لا تغير درجة حرارة الجدار. تؤدي التمريرات الكثيرة جدًا إلى تقليل تدفق بخار الأنبوب الفردي، مما قد يتسبب في تصريف غير متساوٍ للمكثفات وبقع باردة. يوفر التكوين المحسوب 60 تمريرة توزيعًا متوازنًا للتدفق.
تصريف المكثفات في تصميمات-الممرات المتعددة
تتطلب التمريرات الأنبوبية المتعددة تصريفًا مناسبًا للمكثفات من كل تمريرة. تقلل المكثفات المحتبسة من مساحة نقل الحرارة الفعالة وتخلق خطر حدوث مطرقة مائية. يجب أن ينحدر كل ممر إلى الأسفل باتجاه رأس تجميع المكثفات.
بالنسبة لتكوين الطبقة 60-التمرير-، يتم تصريف الصف السفلي بشكل طبيعي إلى الرأس. يتطلب الصف العلوي منحدرًا طفيفًا مدمجًا في هيكل الدعم. مصائد البخار ذات الحجم المناسب لحمولة المكثفات الكلية في الخدمة الكاملة تكمل تصميم الصرف. يُفضل استخدام المصائد الترموستاتية - و- العائمة لتعديل أحمال المكثفات النموذجية للحمامات اللاكهربائية التي يتم التحكم في درجة حرارتها.
ملخص
حساب تمريرات أنبوب المبادل الحراري PTFE للحمامات النحاسية غير الكهربائية يبدأ من واجب الحرارة إلى مساحة السطح إلى طول الأنبوب لتمرير العد. ينتج مثال 35 كيلوواط 60 تمريرة من أنابيب OD مقاس 8 مم مرتبة في شبكة من طبقتين - ضمن مساحة 1.2 م × 0.8 م.
تضيف كيمياء النحاس غير الكهربائي قيودًا على درجة حرارة الجدار والتي تؤثر على اختيار ضغط البخار. تعمل مادة PTFE على التخلص من مخاطر اللوحة الحفازة-. يضمن التصميم المناسب لتصريف المكثفات أن كل تمريرة تساهم بشكل كامل في نقل الحرارة.
يتوفر التحليل الهندسي لحجم المبادل الحراري PTFE لخط النحاس غير الكهربائي ثنائي الفينيل متعدد الكلور عند تقديم حجم الحمام، ودرجة حرارة التشغيل، ومتطلبات وقت التسخين-، وضغط البخار المتوفر، وأبعاد الخزان، وبيانات أداء السخان الحالي.
