Ancaman Kelajuan
Stim memasuki tiub penukar haba PTFE pada 25-35 m/s membawa titisan kondensat terperangkap. Titisan ini, bergerak pada halaju hampir wap, memberi kesan pada dinding tiub pada selekoh, peralihan tajuk dan kawasan gangguan aliran. Setiap hentaman menyampaikan impuls mekanikal mikroskopik ke permukaan PTFE.
Pada halaju rendah, tenaga hentaman diserap secara elastik oleh polimer viskoelastik. Permukaan melantun tanpa kerosakan. Pada halaju yang lebih tinggi, kesan kumulatif berjuta-juta hentaman titisan menghasilkan kekasaran permukaan, kehilangan bahan dan akhirnya penipisan dinding. Ini ialah hakisan-hausan mekanikal semata-mata tanpa komponen kimia.
Halaju wap maksimum yang dibenarkan ialah ambang di bawah yang mana hakisan sepanjang hayat perkhidmatan reka bentuk boleh diabaikan. Di atas ambang ini, hakisan terkumpul kepada kehilangan dinding yang boleh diukur dalam jangka hayat peralatan.
Mekanisme Impingement Titisan
Kondensat terbentuk secara berterusan apabila wap membebaskan haba pendamnya. Beberapa longkang kondensat sebagai filem sepanjang dinding tiub. Ada yang terperangkap sebagai titisan dalam teras wap-halaju tinggi. Pada selekoh dan halangan, titisan dibuang ke luar oleh daya emparan dan mengenai dinding tiub.
Tekanan hentaman titisan air pada permukaan pepejal adalah berkadar dengan tekanan tukul air: P=ρ × c × V, dengan ρ ialah ketumpatan air, c ialah halaju akustik dalam air (kira-kira 1,500 m/s), dan V ialah halaju hentaman titisan. Pada halaju hentaman 30 m/s, tekanan serta-merta pada titik hentaman melebihi 45 MPa-mencukupi untuk mengubah bentuk PTFE secara setempat.
Satu kesan tidak menyebabkan kerosakan yang boleh diukur. Tetapi sistem wap yang beroperasi 6,000 jam setahun memberikan ratusan juta kesan titisan ke dinding tiub selama sedekad. Keletihan terkumpul daripada ubah bentuk-mikro berulang akhirnya menghasilkan rekahan permukaan, detasmen zarah dan penipisan dinding yang boleh diukur.
Jadual 1: Had Halaju Stim untuk Tiub Penukar Haba PTFE
| Tekanan Stim (barg) | ID tiub (mm) | Kelajuan Stim Maks Disyorkan (m/s) | Halaju Maks Mutlak (m/s) | Risiko Hakisan Di Atas Maks Mutlak |
|---|---|---|---|---|
| 2.0 | 6 | 20-25 | 30 | Sederhana (kekasaran dalam tempoh 5 tahun) |
| 3.0 | 6 | 18-22 | 28 | Sederhana |
| 4.0 | 8 | 20-25 | 32 | Sederhana |
| 2.0 | 8 | 22-28 | 35 | Rendah-Sederhana (diameter lebih besar mengurangkan kepekatan titisan) |
| 3.0 | 8 | 20-25 | 30 | Sederhana |
| 4.0 | 10 | 25-30 | 38 | Rendah (diameter lebih besar; ketumpatan stim lebih rendah pada tekanan lebih tinggi) |
Had halaju berdasarkan data rintangan hakisan PTFE dan ekstrapolasi konservatif daripada-pengalaman perkhidmatan jangka panjang. Maksimum mutlak mewakili halaju di atas yang mana hakisan boleh diukur dijangkakan dalam tempoh 10 tahun perkhidmatan berterusan.
Sambungan Pecahan Kekeringan
Had halaju wap menganggap pecahan kekeringan sebanyak 98% atau lebih tinggi-bermaksud 2% atau kurang air terperangkap mengikut jisim. Pada pecahan kekeringan yang lebih rendah, kandungan air yang terperangkap adalah lebih tinggi, dan risiko hakisan pada halaju tertentu meningkat secara berkadar.
Jika kualiti wap tumbuhan berada di bawah 98% kekeringan, halaju maksimum yang dibenarkan hendaklah dikurangkan sebanyak 10-15% untuk mengambil kira peningkatan beban titisan. Sebagai alternatif, pemisah stim yang dipasang di hulu penukar haba mengeluarkan air yang terperangkap berlebihan dan memulihkan margin halaju reka bentuk.
Pengiraan Halaju Reka Bentuk
Halaju stim dalam setiap tiub dikira dengan membahagikan aliran stim isipadu setiap tiub dengan luas keratan-tiub. Jumlah aliran jisim stim ditentukan daripada duti haba: aliran jisim=duti haba / haba pendam stim.
Untuk penukar haba PTFE 50 kW dengan 40 tiub ID 8mm yang beroperasi pada stim 3 barg, aliran jisim setiap tiub adalah lebih kurang 0.75 kg/j. Isipadu tentu stim tepu pada 3 barg ialah 0.46 m³/kg. Aliran isipadu bagi setiap tiub ialah 0.35 m³/j. Luas keratan rentas tiub{11}} ialah 5.0 × 10⁻⁵ m². Halaju wap ialah 1.9 m/s-dalam had yang selamat.
Pengiraan halaju perlu dilakukan semasa fasa reka bentuk dan mengesahkan bahawa ia jatuh di bawah maksimum yang disyorkan. Bagi kebanyakan penukar haba PTFE dengan kiraan tiub yang mencukupi, halaju stim secara semula jadi rendah disebabkan oleh pelbagai laluan aliran selari. Halaju tinggi lebih kerap menjadi kebimbangan dalam penukar kecil dengan beberapa tiub atau dalam sistem di mana tekanan bekalan stim adalah jauh melebihi tekanan reka bentuk.
Ringkasan
Halaju wap maksimum yang dibenarkan di dalam tiub penukar haba PTFE ialah 20-30 m/s, bergantung pada diameter tiub dan tekanan stim, dengan 35-38 m/s mewakili maksimum mutlak melebihi hakisan yang boleh diukur dijangkakan. Had ini menganggap pecahan kekeringan wap sebanyak 98% atau lebih tinggi. Pecahan kekeringan yang lebih rendah memerlukan pengurangan halaju.
Bagi kebanyakan penukar PTFE berbilang{0}}tiub yang direka dengan betul, halaju stim secara semula jadi berada di bawah had ini disebabkan oleh bilangan laluan aliran selari yang banyak. Pengesahan halaju semasa reka bentuk memastikan hakisan tidak mengehadkan hayat perkhidmatan peralatan.
Analisis kejuruteraan untuk pengesahan halaju stim dalam reka bentuk penukar haba PTFE khusus tersedia selepas penyerahan tugas haba, tekanan stim, kiraan dan dimensi tiub, dan data kualiti stim.
