Ātruma draudi
Tvaiks, kas ieplūst PTFE siltummaiņa caurulē ar ātrumu 25-35 m/s, nes līdzi kondensāta pilienus. Šie pilieni, kas pārvietojas ar gandrīz tvaika ātrumu, iedarbojas uz caurules sienu līkumos, galvenes pārejās un plūsmas traucējumu zonās. Katrs trieciens nodrošina mikroskopisku mehānisku impulsu PTFE virsmai.
Pie maziem ātrumiem trieciena enerģiju elastīgi absorbē viskoelastīgais polimērs. Virsma atsitiena bez bojājumiem. Pie lielākiem ātrumiem miljoniem pilienu triecienu kumulatīvais efekts rada virsmas raupjumu, materiāla zudumus un iespējamo sienu retināšanu. Tas ir erozija{3}}tīri mehānisks nodilums bez ķīmiskām sastāvdaļām.
Maksimālais pieļaujamais tvaika ātrums ir slieksnis, zem kura erozija projektētajā kalpošanas laikā ir niecīga. Virs šī sliekšņa erozija uzkrājas līdz izmērāmam sienas zudumam iekārtas kalpošanas laikā.
Pilienu trieciena mehānisms
Kondensāts veidojas nepārtraukti, kad tvaiks atbrīvo savu latento siltumu. Daļa kondensāta izplūst kā plēve gar caurules sieniņu. Daļa no tiem kā pilieni tiek ierauti ātrdarbīgā-tvaika kodolā. Pie līkumiem un šķēršļiem centrbēdzes spēka ietekmē pilieni tiek izmesti uz āru un ietriecas caurules sieniņā.
Ūdens piliena trieciena spiediens uz cietas virsmas ir proporcionāls ūdens āmura spiedienam: P=ρ × c × V, kur ρ ir ūdens blīvums, c ir akustiskais ātrums ūdenī (aptuveni 1500 m/s), un V ir piliena trieciena ātrums. Pie trieciena ātruma 30 m/s momentānais spiediens trieciena punktā pārsniedz 45 MPa-, kas ir pietiekami, lai lokāli deformētu PTFE.
Viens trieciens nerada izmērāmus bojājumus. Bet tvaika sistēma, kas darbojas 6000 stundas gadā, desmit gadu laikā nodrošina simtiem miljonu pilienu triecienu caurules sienai. Atkārtotas mikro-deformācijas radītais kumulatīvais nogurums galu galā rada virsmas plaisas, daļiņu atslāņošanos un izmērāmu sienas retināšanu.
1. tabula. Tvaika ātruma ierobežojumi PTFE siltummaiņa caurulēm
| Tvaika spiediens (barga) | Caurules ID (mm) | Ieteicamais maksimālais tvaika ātrums (m/s) | Absolūtais maksimālais ātrums (m/s) | Erozijas risks virs absolūtā maks |
|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 6 | 20-25 | 30 | Mērens (raupināšana 5 gadu laikā) |
| 3.0 | 6 | 18-22 | 28 | Mērens |
| 4.0 | 8 | 20-25 | 32 | Mērens |
| 2.0 | 8 | 22-28 | 35 | Zema-Mērena (lielāks diametrs samazina pilienu koncentrāciju) |
| 3.0 | 8 | 20-25 | 30 | Mērens |
| 4.0 | 10 | 25-30 | 38 | Zems (lielāks diametrs; zemāks tvaika blīvums pie lielāka spiediena) |
Ātruma ierobežojumi ir balstīti uz PTFE erozijas izturības datiem un konservatīvu ekstrapolāciju, kas iegūta no ilgstošas{0}}apkalpošanas pieredzes. Absolūtais maksimums ir ātrums, virs kura ir sagaidāma izmērāma erozija 10 nepārtrauktas ekspluatācijas gados.
Sausuma frakcijas savienojums
Tvaika ātruma ierobežojumi pieņem, ka sausuma daļa ir 98% vai lielāka-, kas nozīmē 2% vai mazāk ūdens masas. Pie zemākām sausuma frakcijām piesaistītā ūdens saturs ir lielāks, un erozijas risks pie noteikta ātruma proporcionāli palielinās.
Ja augu tvaika kvalitāte ir zemāka par 98% sausuma, maksimālais pieļaujamais ātrums jāsamazina par 10-15%, lai ņemtu vērā palielināto pilienu slodzi. Alternatīvi, tvaika separators, kas uzstādīts pirms siltummaiņa, noņem lieko ūdeni un atjauno projektētā ātruma rezervi.
Projektēšanas ātruma aprēķins
Tvaika ātrums katrā mēģenē tiek aprēķināts, dalot tilpuma tvaika plūsmu vienā mēģenē ar caurules šķērsgriezuma{0}}laukumu. Kopējo tvaika masas plūsmu nosaka pēc siltuma nodevas: masas plūsmas=siltuma nodeva / tvaika latentais siltums.
50 kW PTFE siltummainim ar 40 caurulēm ar diametru 8 mm, kas darbojas ar 3 bargu tvaiku, masas plūsma uz cauruli ir aptuveni 0,75 kg/h. Piesātinātā tvaika īpatnējais tilpums pie 3 barg ir 0,46 m³/kg. Tilpuma plūsma vienā caurulē ir 0,35 m³/h. Caurules šķērsgriezuma laukums ir 5,0 × 10⁻⁵ m². Tvaika ātrums ir 1,9 m/s{16}}labi drošās robežās.
Ātruma aprēķins jāveic projektēšanas posmā un jāpārliecinās, ka tas ir mazāks par ieteicamo maksimumu. Lielākajai daļai PTFE siltummaiņu ar atbilstošu cauruļu skaitu tvaika ātrums ir dabiski zems, jo ir vairāki paralēli plūsmas ceļi. Liels ātrums biežāk rada bažas mazos siltummaiņos ar dažām caurulēm vai sistēmās, kurās tvaika padeves spiediens ievērojami pārsniedz projektēto spiedienu.
Kopsavilkums
Maksimālais pieļaujamais tvaika ātrums PTFE siltummaiņa caurulēs ir 20-30 m/s atkarībā no caurules diametra un tvaika spiediena, un 35-38 m/s ir absolūtais maksimums, virs kura ir sagaidāma izmērāma erozija. Šie ierobežojumi pieņem, ka tvaika sausuma daļa ir 98% vai lielāka. Zemākām sausuma frakcijām ir jāsamazina ātrums.
Lielākajai daļai pareizi izstrādātu vairāku{0}}cauruļu PTFE siltummaiņu tvaika ātrums, protams, ir zemāks par šīm robežām, jo ir daudz paralēlu plūsmas ceļu. Ātruma pārbaude projektēšanas laikā nodrošina, ka erozija neierobežo iekārtas kalpošanas laiku.
Inženiertehniskā analīze tvaika ātruma pārbaudei konkrētos PTFE siltummaiņu projektos ir pieejama, iesniedzot siltuma nodevas, tvaika spiediena, cauruļu skaita un izmēru, kā arī tvaika kvalitātes datus.
