Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống (TEMA) và Viện trao đổi nhiệt (HEI) công bố các tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi bao gồm các khuyến nghị về hệ số gây tắc nghẽn và biên độ thiết kế. Hiểu được những gì các tiêu chuẩn này cung cấp-và những hạn chế của chúng liên quan đến PTFE-là điều cần thiết cho thiết kế âm thanh. Những hướng dẫn này, chủ yếu được phát triển cho các bộ trao đổi kim loại, đưa ra cơ sở yêu cầu sự điều chỉnh cẩn thận khi áp dụng cho các thiết bị PTFE.
Phương pháp tiếp cận TEMA đối với biên độ diện tích
TEMA cung cấp khuôn khổ toàn diện nhất cho thiết kế bộ trao đổi nhiệt vỏ-và-ống. cácHướng dẫn về giới hạn khu vực trao đổi nhiệt TEMA HEIkhác nhau cơ bản về phương pháp luận của họ. TEMA quy định rõ ràng về giới hạn khu vực thông qua hai cơ chế: các yếu tố gây ô nhiễm và "Quy tắc 13/10".
Bảng hệ số gây ô nhiễm
TEMA công bố các bảng giá trị Thực hành Tốt được Khuyến nghị (RGP) về khả năng chống bám bẩn đối với các chất lỏng khác nhau, bao gồm nước, hóa chất, dầu và khí-20. Hệ số gây ô nhiễm là khả năng chịu nhiệt của một đơn vị diện tích do lớp lắng đọng gây ra, thường được biểu thị bằng m2·K/W [2†L17-L20]. Các giá trị này bổ sung thêm khả năng chịu nhiệt giúp tăng thêm diện tích bề mặt trong quá trình tính toán kích thước, tạo ra một biên độ hiệu quả chống lại sự suy giảm hiệu suất trong tương lai.
Đối với một nhà thiết kế, các giá trị TEMA này đóng vai trò là điểm khởi đầu. Tuy nhiên, các nhà phê bình lưu ý rằng nhiều yếu tố gây ô nhiễm TEMA đã được thiết lập vào những năm 1940 với rất ít dữ liệu hỗ trợ và có rất ít thay đổi kể từ ngày 20-25. Trong thực tế, hệ số TEMA thường được coi là quá cao đối với nhiều dịch vụ sạch nhưng có thể không đủ đối với các điều kiện tắc nghẽn nghiêm trọng-25.
Quy tắc TEMA 13/10
Đoạn TEMA R-4.22 (phiên bản 2019) nêu rõ rằng bộ trao đổi nhiệt phải được cung cấp10% trên-bề mặtvượt quá yêu cầu về sạch-cộng-bẩn và thiết kế quá-không được vượt quá13%của nhiệm vụ được chỉ định-1. 10%-bề mặt đảm bảo có thêm diện tích dẫn điện sau khi tính đến tắc nghẽn, trong khi giới hạn thiết kế vượt mức 13% giúp ngăn ngừa kích thước quá lớn có thể tạo ra vận tốc thấp và thực sự làm tăng tốc độ bám bẩn.
Quy tắc này là bắt buộc khi loại TEMA R-(dịch vụ dầu khí/lọc dầu) được chỉ định và bộ trao đổi đang xử lý-trên-xử lý hoặc xử lý-trên-tiện ích-1. Việc tuân thủ bao gồm việc tính toán diện tích bị tắc nghẽn cần thiết (Adirty), nhân với 1,10 để đạt được mức tối thiểu 10% trên-bề mặt, sau đó đảm bảo rằng thiết kế vượt mức (nhiệm vụ nhiệt dư thừa) không vượt quá 13%-1.
Phương pháp HEI cho thiết bị ngưng tụ bề mặt hơi nước
HEI cung cấp một cách tiếp cận khác thông quaTiêu chuẩn cho thiết bị ngưng tụ bề mặt hơi nước, hiện đã có ấn bản thứ 12-. HEI sử dụng mộtyếu tố sạch sẽthay vì khả năng chống bám bẩn rõ ràng-. Hệ số sạch là hệ số nhân không thứ nguyên được áp dụng cho hệ số truyền nhiệt sạch (Uclean). Hệ số 0,85 có nghĩa là giá trị U thiết kế được lấy là 0,85 × Uclean, thực tế đòi hỏi diện tích bề mặt nhiều hơn khoảng 18% so với một thiết bị sạch hoàn toàn.
Hệ số độ sạch HEI không chỉ liên quan đến cặn bám mà còn liên quan đến các yếu tố như-sự tích tụ khí không ngưng tụ và giảm hiệu suất do liên kết không khí-17. Đối với các vật liệu ống khác nhau, hệ số sạch trong thiết kế điển hình khác nhau: ống đồng thau thường được thiết kế ở mức 0,85, trong khi thép không gỉ và hợp kim siêu sắt có thể được thiết kế ở mức 0,90 cho cùng một dịch vụ nước-17.
Trong thực tế, hệ số độ sạch đo được có xu hướng thấp hơn. Đối với thiết bị ngưng tụ hơi nước bề mặt, các giá trị-làm sạch trước là 0,540–0,575 và-các giá trị làm sạch sau là 0,692–0,737 đã được báo cáo-, mặc dù các giá trị thiết kế vẫn cao hơn để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy.
Điều chỉnh Nguyên tắc TEMA và HEI cho Bộ trao đổi nhiệt PTFE
Cả tiêu chuẩn TEMA và HEI đều không trực tiếp đề cập đến tất cả các bộ trao đổi ống-vỏ PTFE{1}}và-ống. Người kỹ sư phải đưa ra phán đoán. Nguyên tắc hướng dẫn vẫn là: áp dụng mức dự trữ cần thiết tối thiểu để đáp ứng đảm bảo quy trình với tần suất làm sạch hợp lý.
Giảm phụ cấp bám bẩn
PTFE có đặc tính bề mặt khác nhau cơ bản so với kim loại. Năng lượng bề mặt thấp (khoảng 18,5 dynes/cm) và đặc tính-không dính vốn có của PTFE có nghĩa là nhiều cặn lắng không bám dính dễ dàng-. Các hệ số gây ô nhiễm tiêu chuẩn TEMA, được rút ra từ kinh nghiệm trao đổi kim loại, được bảo toàn một cách không cần thiết khi áp dụng cho PTFE. Do đó, việc xem xét có hệ thống các chi tiết đơn hàng TEMA cho một dịch vụ nhất định, sau đó là việc giảm có chủ ý dựa trên lợi ích dự kiến của bề mặt PTFE, là một bước thiết kế quan trọng.
RE{0}}Đánh giá quy tắc 13/10
Đối với bộ trao đổi PTFE, yêu cầu 10%-trên bề mặt vẫn là mức âm thanh tối thiểu. Tuy nhiên, do bề mặt PTFE làm giảm sự tích tụ cặn bám thực tế nên người thiết kế có thể không cần thêm hệ số bám bẩn lớn.trên đầu trang10% trên-bề mặt. Phương pháp tiếp cận tinh gọn sử dụng hệ số gây ô nhiễm giảm kết hợp với 10%{4}}bắt buộc trên bề mặt để đạt được tổng biên có lẽ là 15–25% cho nhiều dịch vụ, so với 30–40% đối với bộ trao đổi kim loại có nhiệm vụ giống nhau.
Hệ số sạch HEI cho PTFE
Đối với nhiệm vụ ngưng tụ, hệ số sạch HEI có thể được điều chỉnh tăng lên đối với ống PTFE. Thiết bị ngưng tụ dạng ống-bằng kim loại có thể được thiết kế với hệ số sạch là 0,85. Một thiết bị ngưng tụ dạng ống-PTFE có cùng loại nước làm mát có thể sử dụng 0,90 hoặc cao hơn một cách hợp lý vì giảm cặn và bám dính-sinh học giúp bề mặt sạch hơn trong thời gian dài hơn.
Khuyến nghị thực tế
| Tiêu chuẩn | Cơ chế | Giá trị điển hình | Đề xuất thích ứng cho PTFE |
|---|---|---|---|
| TEMA | Hệ số gây ô nhiễm (Rf) | Các giá trị bảng phụ thuộc-linh hoạt | Sử dụng mức TEMA thấp hơn hoặc giảm 30–50% |
| TEMA | Luật 13/10 | tối thiểu 10% trên-bề mặt, tối đa 13% trên-thiết kế | Giữ lại 10%, sử dụng hệ số gây ô nhiễm giảm |
| HEI | yếu tố sạch sẽ | 0,85 đối với đồng thau, 0,90 đối với thép không gỉ | Tăng thêm 0,03–0,05 (ví dụ: 0,88–0,95) |
Trách nhiệm xác định mức độ tắc nghẽn phù hợp cuối cùng thuộc về người dùng chứ không phải nhà cung cấp thiết bị vì công ty vận hành có kinh nghiệm trực tiếp nhất với quy trình cụ thể-20. Khi không tồn tại-dữ liệu về ô nhiễm trong nhà, hãy bắt đầu bằng các giá trị TEMA hoặc HEI đã công bố, sau đó áp dụng hệ số giảm dành riêng cho PTFE là một cách tiếp cận hợp lý.
Phần kết luận
Các tiêu chuẩn ngành như TEMA và HEI đưa ra cơ sở cho biên độ diện tích trao đổi nhiệt, nhưng thiết kế bộ trao đổi nhiệt PTFE được tối ưu hóa sẽ điều chỉnh các nguyên tắc này dựa trên đặc tính độc đáo của vật liệu và kinh nghiệm thực tế. TEMA cung cấp bảng hệ số gây ô nhiễm và Quy tắc 10/13, trong khi HEI sử dụng hệ số sạch cho thiết bị ngưng tụ bề mặt hơi nước. Cả hai bộ giá trị đều được phát triển cho các bộ trao đổi kim loại và có xu hướng bảo thủ quá mức khi áp dụng cho PTFE. Nhà thiết kế nên xem xét việc giảm hệ số gây ô nhiễm, giữ lại mức tối thiểu 10%-trên bề mặt và điều chỉnh hệ số sạch lên cao hơn cho nhiệm vụ ngưng tụ. Tiêu chuẩn là một khuôn khổ chứ không phải là sự thay thế cho phân tích kỹ thuật. Bộ trao đổi nhiệt PTFE có kích thước phù hợp- sẽ cân bằng chi phí dành cho diện tích bổ sung trước nguy cơ hoạt động kém hiệu quả, sử dụng các hướng dẫn đã xuất bản làm điểm khởi đầu thay vì chỉ định cứng nhắc.
