Hình học dọc thúc đẩy thiết kế
Một dây chuyền mạ thẳng đứng vận hành một bể rộng 0,8 m, sâu 0,6 m và cao 2,5 m. Các phôi di chuyển theo chiều dọc qua bể trên thanh bay và không gian dành cho bộ trao đổi nhiệt được giới hạn ở hai bức tường bên hẹp. Diện tích dành cho bộ trao đổi nhiệt là 0,4 m x 0,4 m và chiều cao khả dụng là 2,0 m.
Một bó cuộn ngang tiêu chuẩn yêu cầu diện tích 1,2 m x 0,3 m, không vừa với bể thẳng đứng. Cần có một thiết kế không-chuẩn chuẩn.
Thiết kế không{0}}chuẩn chuẩn sử dụng một bó dọc được gắn vào một bức tường bên. Gói này có diện tích 0,35 m x 0,35 m và cao 1,8 m. Các ống chạy theo chiều dọc và chất lỏng xử lý chảy lên trên qua bó bằng đối lưu tự nhiên hoặc bằng dòng khuấy trộn.
Cấu hình gói dọc
Cấu hình bó dọc có một số lợi thế cho dây chuyền mạ dọc. Hướng dọc cho phép bó vừa khít với không gian tường bên hẹp. Việc chạy ống thẳng đứng cho phép chất lỏng được làm nóng dâng lên dọc theo các ống, giúp thúc đẩy sự đối lưu tự nhiên và cải thiện quá trình truyền nhiệt. Hướng thẳng đứng cũng cho phép nước ngưng thoát ra tự do từ phía dịch vụ, điều này ngăn cản hiện tượng búa nước có thể xảy ra trong các cuộn dây hơi nằm ngang.
Gói dọc có một số nhược điểm. Việc chạy ống thẳng đứng yêu cầu bó cao hơn cho cùng một diện tích bề mặt, có thể không vừa với chiều cao sẵn có. Hướng thẳng đứng cũng làm cho các ống phía trên có vận tốc chất lỏng xử lý thấp hơn, làm giảm hệ số truyền nhiệt ở vùng đó.
Diện tích bề mặt và số lượng ống
Diện tích bề mặt của bộ trao đổi nhiệt dây chuyền mạ thẳng đứng được xác định bởi tải nhiệt và giới hạn dòng nhiệt. Đối với bể có tải nhiệt 5 kW và giới hạn thông lượng nhiệt là 0,8 W/cm2, diện tích bề mặt cần thiết là 6,3 m2.
Đối với ống có đường kính ngoài 6,35 mm và độ dày thành 0,6 mm, diện tích bề mặt trên một mét ống là 0,0199 m2/m. Với diện tích bề mặt 6,3 m2, tổng chiều dài ống là khoảng 317 m.
Đối với bó có chiều cao 1,8 m, chiều dài ống mỗi lượt là 1,8 m. Số lượng ống đi qua là 317 / 1.8=176. Số lượng ống trong bó được xác định bởi dấu chân và khoảng cách ống. Đối với diện tích 0,35 m x 0,35 m và khoảng cách ống 12 mm, số lượng ống trên mỗi hàng là khoảng 29 và số lượng hàng là khoảng 29. Tổng số ống là khoảng 840 ống.
Số lượng ống cao và đường kính ống nhỏ là đặc điểm của bộ trao đổi nhiệt dây chuyền mạ thẳng đứng. Đường kính nhỏ là cần thiết để đạt được diện tích bề mặt trong phạm vi giới hạn.
Vật liệu ống và độ dày của tường
Vật liệu ống cho bộ trao đổi nhiệt dây chuyền mạ thẳng đứng nên được lựa chọn dựa trên quá trình hóa học. Đối với bể mạ axit, PTFE là vật liệu tiêu chuẩn. Đối với bể kiềm, có thể sử dụng PTFE hoặc PVDF.
Độ dày của tường phải là 0,5–0,7 mm. Một bức tường mỏng hơn làm giảm khả năng chịu nhiệt và nhiệt độ của tường, nhưng nó cũng làm giảm độ bền cơ học và khả năng chống hư hỏng khi xử lý. Thành 0,6 mm mang lại sự cân bằng giữa hiệu suất nhiệt và độ bền cơ học.
Vị trí và thiết kế kết nối
Các kết nối dành cho bộ trao đổi nhiệt của dây chuyền mạ thẳng đứng phải được đặt ở đầu bó để cho phép chất lỏng đi vào và chất ngưng tụ thoát ra ngoài. Các kết nối chất lỏng xử lý phải được đặt ở phía dưới và trên cùng của bó để cho phép chất lỏng xử lý chảy lên trên qua bó.
Kích thước kết nối phải có kích thước phù hợp với tốc độ dòng chảy và độ giảm áp suất. Đối với tốc độ dòng chất lỏng dịch vụ là 5 m³/h và giới hạn giảm áp suất là 20 kPa, kích thước kết nối là 1 inch. Đối với tốc độ dòng chất lỏng xử lý là 10 m³/h và giới hạn giảm áp suất là 15 kPa, kích thước kết nối là 1,5 inch.
Các kết nối phải được làm mặt bích bằng các miếng đệm phục hồi{0}}cao để hỗ trợ chu kỳ nhiệt. Đánh giá mặt bích phải phù hợp với áp suất chất lỏng sử dụng.
Thiết kế hỗ trợ và lắp đặt
Thiết kế hỗ trợ cho bộ trao đổi nhiệt dây chuyền mạ thẳng đứng phải cho phép bó được gắn vào thành bể mà không cản trở việc di chuyển phôi. Giá đỡ phải được điều chỉnh để cho phép bó được định vị ở độ cao và căn chỉnh chính xác.
Giá đỡ phải phù hợp với sự giãn nở nhiệt của bó. Giá đỡ trượt hoặc kết nối linh hoạt ở đầu bó cho phép bó mở rộng và co lại mà không gây áp lực lên thành bể hoặc các kết nối.
Việc lắp đặt phải được thiết kế sao cho có thể tháo bó ra để làm sạch hoặc thay thế mà không cần tháo bình chứa hoặc đường ống. Khớp nối-ngắt kết nối nhanh chóng ở các điểm kết nối và mắt nâng ở đầu bó giúp việc tháo lắp dễ dàng hơn.
Các quy định về kiểm soát và giám sát
Các quy định kiểm soát đối với bộ trao đổi nhiệt của dây chuyền mạ thẳng đứng phải bao gồm cảm biến nhiệt độ ở đầu ra của quy trình và cảm biến nhiệt độ ở khu vực mạ. Sự khác biệt giữa hai cảm biến cung cấp dấu hiệu về hiệu suất truyền nhiệt và tốc độ bám bẩn.
Cảm biến giảm áp suất ở phía dịch vụ cung cấp dấu hiệu về sự thoát nước ngưng tụ và-sự tích tụ khí không ngưng tụ được. Cảm biến lưu lượng ở phía quy trình cung cấp dấu hiệu về tốc độ dòng chảy và hiệu suất truyền nhiệt.
Hệ thống điều khiển phải có khả năng duy trì nhiệt độ bể trong phạm vi ±1 độ. Nên sử dụng bộ điều khiển PID có tác động vi phân để kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ.
Danh sách kiểm tra đặc điểm kỹ thuật
Bảng sau đây tóm tắt các thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt PTFE không đạt tiêu chuẩn- dành cho dây chuyền mạ thẳng đứng.
| tham số | Đặc điểm kỹ thuật | cơ sở |
|---|---|---|
| Kích thước bể | 0.8 m × 0.6 m × 2.5 m | Hình học đường dọc |
| Dấu chân có sẵn | 0.35 m × 0.35 m | Không gian tường bên |
| Chiều cao có sẵn | 1.8 m | Chiều cao bể trừ đi khoảng sáng gầm |
| Tải nhiệt | 5 kW | Tính bằng tiền ký quỹ |
| Diện tích bề mặt | 6.3 m² | Tải nhiệt chia cho thông lượng nhiệt |
| dòng nhiệt | 0,8 W/cm2 | Giới hạn ổn định của bồn tắm |
| Đường kính ngoài ống | 6,35mm | Phù hợp với dấu chân hạn chế |
| Độ dày thành ống | 0,6 mm | Cân bằng nhiệt và cơ học |
| Vật liệu ống | PTFE | Khả năng tương thích hóa học |
| Số lượng ống | 840 | Diện tích bề mặt và dấu chân |
| Chiều cao bó | 1.8 m | Chiều cao có sẵn |
| Khoảng cách ống | 12mm | Sự thâm nhập dòng kích thích |
| Kích thước kết nối (dịch vụ) | 1 inch | Tốc độ dòng chảy và giảm áp suất |
| Kích thước kết nối (quy trình) | 1,5 inch | Tốc độ dòng chảy và giảm áp suất |
| Kiểu kết nối | mặt bích | Chỗ ở đạp xe nhiệt |
| Vật liệu đệm | PTFE mở rộng | Khả năng phục hồi cao |
| Loại hỗ trợ | Trượt | Sự giãn nở nhiệt |
| gắn kết | Treo tường- | Hình học bể |
| Cảm biến nhiệt độ | Khu xử lý và khu mạ | Giám sát hiệu suất |
| Cảm biến giảm áp suất | Bên dịch vụ | Giám sát thoát nước ngưng tụ |
| Cảm biến lưu lượng | Bên quy trình | Giám sát tốc độ dòng chảy |
| Hệ thống điều khiển | PID với đạo hàm | Kiểm soát nhiệt độ ± 1 độ |
Ước tính chi phí
Chi phí của bộ trao đổi nhiệt PTFE không{0}}tiêu chuẩn cho dây chuyền mạ thẳng đứng phụ thuộc vào diện tích bề mặt, vật liệu ống cũng như các điều khoản kết nối và điều khiển. Đối với một thiết bị rộng 6,3 m2 có ống PTFE, kết nối mặt bích, cảm biến nhiệt độ và áp suất, chi phí vốn là khoảng 22.000–28.000 USD.
Chi phí bảo trì hàng năm khoảng 1.500–2.500 USD, bao gồm cả việc vệ sinh, thay thế miếng đệm và hiệu chỉnh cảm biến. Tuổi thọ sử dụng dự kiến là 8–12 năm nếu được bảo trì thích hợp.
Làm cho-thiết kế không chuẩn phù hợp với các yêu cầu về đường dọc
Phải chỉ định bộ trao đổi nhiệt PTFE phi tiêu chuẩn- cho dây chuyền mạ thẳng đứng dựa trên kích thước thực tế của bể, diện tích hiện có và các yêu cầu của quy trình. Cấu hình bó dọc, đường kính ống nhỏ và số lượng ống cao là những đặc điểm nổi bật của thiết kế không{2}}chuẩn chuẩn.
Thiết kế-không tiêu chuẩn cho phép bộ trao đổi nhiệt vừa khít với không gian hạn chế của đường thẳng đứng mà không cản trở việc di chuyển của phôi. Hướng thẳng đứng cũng thúc đẩy sự đối lưu tự nhiên và thoát nước ngưng tụ, giúp cải thiện quá trình truyền nhiệt và giảm nguy cơ búa nước.
Đối với các cơ sở dây chuyền mạ thẳng đứng đang đánh giá các phương án trao đổi nhiệt PTFE, thiết kế phi tiêu chuẩn- phải được chỉ định trong tài liệu mua sắm và được xác minh khi vận hành thử. Cấu hình mặc định do nhà sản xuất cung cấp có thể là thiết bị nằm ngang không vừa với bể thẳng đứng và việc lắp đặt có thể yêu cầu sửa đổi đáng kể.
Các kỹ sư thiết bị và chuyên gia mua sắm đánh giá thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt PTFE cho dây chuyền mạ thẳng đứng hoặc dịch vụ-hạn chế về không gian khác có thể yêu cầu đánh giá thiết kế bao gồm kích thước bể, diện tích hiện có, tải nhiệt, diện tích bề mặt, hình dạng ống, vị trí kết nối và thiết kế hỗ trợ để xác nhận thiết bị phù hợp với yêu cầu đường thẳng đứng thực tế và cơ cấu chi phí của cơ sở.
