Težava-kratkega stika
Posoda s prevleko in mrežo toplotnega izmenjevalnika iz PTFE na tleh kaže zmeden temperaturni vzorec. Kopel v bližini tuljave hitro doseže nastavljeno vrednost. Kopel na skrajnem koncu rezervoarja zaostaja za 6 stopinj. Povečanje tlaka pare ne zapre reže-bližnje-območje tuljave se preprosto pregreje, medtem ko oddaljeno območje ostane hladno.
Težava ni v premajhnem vnosu toplote. Gre za nepravilno porazdelitev toka. Naravni konvekcijski tokovi, ki se dvigajo iz ogrevane tuljave, ustvarjajo vzorec kroženja, ki sklene-kratke stike. Topla raztopina se dvigne iz tuljave, potuje po površini, se rahlo ohladi in spusti. Toda namesto da bi se enakomerno spuščala po rezervoarju, ohlajena raztopina najde pot z nizkim-uporom nazaj do tuljave in v celoti obide skrajni konec rezervoarja.
PTFE tuljava vedno znova segreva isto raztopino, medtem ko oddaljeno območje stagnira. Ta obvodni tok zmanjša učinkovito ogrevalno zmogljivost sistema in ustvarja trajno temperaturno ne-enotnost, ki je ne more popraviti noben pritisk pare.
Mehanizem obvodnega toka
Obvodni tok se pojavi, ko krožeča raztopina najde prednostno pot, ki jo vrne k viru toplote, ne da bi prečkala celotno prostornino rezervoarja. Več dejavnikov ustvarja te prednostne poti.
Namestitev tuljave preblizu stene rezervoarja ustvari ozek kanal med tuljavo in steno. Dvigajoča se topla raztopina potegne tekočino skozi to režo. Tekočina poteka v kratkem-vezju iz hladnega območja, vzdolž dna rezervoarja, navzgor skozi stensko režo in nazaj na površino, ne da bi se mešala s prostornino oddaljenega-območja.
Nepopolna pokritost tuljave dna rezervoarja pušča neogrevane dele. Raztopina, ki se spušča v teh neogrevanih odsekih, ne naleti na toplotni oblak, ki bi jo prenesel navzgor. Ostaja na dnu in počasi teče proti tuljavi po poti najmanjšega upora.
Nepravilna geometrija tuljave-nekatera področja z gostimi cevmi, druga redka-ustvarjajo neenakomerno gostoto ogrevanja. Gosta območja ustvarjajo močnejše toplotne oblake, ki vlečejo več toka. Redka območja manj prispevajo k cirkulaciji, kar ustvarja mrtva območja.
Tabela 1: Diagnostični indikatorji čezmernega obvodnega toka v PTFE toplotnih izmenjevalnikih
| Indikator | Metoda merjenja | Normalno stanje | Indikacija pretoka obvoda |
|---|---|---|---|
| Stalna temperaturna razlika v rezervoarju | Termoelementi na več lokacijah | < 2°C variation | >Sprememba 4 stopinj se ne odziva na povečanje pare |
| Hiter odziv temperature blizu-tuljave na spremembo pare | Odzivni čas na nastavitev parnega ventila | Enoten odziv v rezervoarju | Near{0}}tuljava se odzove v 2-3 minutah; oddaljeno območje traja 15+ minut |
| Opazovanje vzorca površinskega toka | Vbrizgavanje barvila ali plavajoči sledilnik | Enakomerno premikanje površine proti oddaljenemu koncu | Viden kratkostični tok, ki se vrača blizu tuljave |
| Navpični temperaturni profil na skrajnem koncu | Termočlen na površini, sredi-globine, tla | < 2°C stratification | >5 stopinj stratifikacije (topla površina, hladna tla) |
| Stopnja kondenzata v tuljavi v primerjavi z izračunom segrevanja rezervoarja- | Merilnik pretoka pare v primerjavi z izračunano toplotno obremenitvijo | Izmerjene tekme izračunane | Izmerjeno presega izračunano (ponovno segrevanje iste raztopine) |
Kvantificiranje obvodne frakcije
Delež obvoda-odstotek krožečega toka, ki se vrne v tuljavo, ne da bi se pomešal z volumnom oddaljenega-območja-, je mogoče oceniti iz meritev temperature.
Vhodna toplota tuljave je znana iz količine parnega kondenzata. Prostornina posode in izmerjena hitrost dviga temperature dajeta efektivno maso, ki se segreva. Če je efektivna masa znatno manjša od skupne mase rezervoarja, je razlika obvodna prostornina.
Na primer, 10.000-litrski rezervoar z vhodno toploto 80 kW se mora dvigniti za približno 0,5 stopinje na minuto, če je vsa raztopina enakomerno segreta. Če v kroženju učinkovito sodeluje le 6.000 litrov, bo dvig temperature v aktivnem območju 0,8 stopinje na minuto, medtem ko bo stagnirno območje ostalo hladno. 40-odstotni obvodni delež se izračuna iz razmerja med sodelujočo prostornino in skupno prostornino.
Popravki oblikovanja
Zmeda je primarni popravek za obvodni tok. Navpična pregrada, ki se razteza od dna rezervoarja do nad višino tuljave, postavljena pravokotno na dolgo dimenzijo tuljave, prisili raztopino, da potuje po celotni dolžini rezervoarja, preden se vrne v tuljavo. Pregrada prekine-kratek stik.
Razširjena pokritost tuljave po dnu rezervoarja odpravlja neogrevane mrtve cone. PTFE mreža mora pokrivati vsaj 70 % površine tal rezervoarja in segati do 150-200 mm od vseh sten. Vrzeli na robovih so neizogibne pri dostopu do namestitve, vendar jih je treba čim bolj zmanjšati.
Pri globokih rezervoarjih druga plast PTFE tuljave na srednji-globini zagotavlja ogrevanje na več navpičnih ravneh. To prekine močan termoklin, ki lahko nastane, ko vsa toplota vstopi na dno. Dvo{3}}nivojsko ogrevanje ustvari dve cirkulacijski celici, ki se mešata učinkoviteje kot ena celica.
Naprave za porazdelitev pretoka-perforirane plošče ali razdelilne glave-se lahko integrirajo v podporno strukturo tuljave iz PTFE. Te naprave enakomerno usmerjajo tok skozi snop tuljav in preprečujejo prednostne kanale skozi odprta območja.
Povzetek
Prekomerni obvodni tok v tuljavah delno potopljenega PTFE toplotnega izmenjevalnika povzroča trajno temperaturno ne{0}}enotnost, saj omogoča segreti raztopini kratek-sklop nazaj na tuljavo, ne da bi se mešala s celotno prostornino rezervoarja. Diagnostični indikatorji vključujejo vztrajne razlike med-temperaturami rezervoarjev, ki se ne odzivajo na povečanje tlaka pare, in hiter odziv temperature bližnje-tuljave s počasnim odzivom oddaljenega-območja.
Obvodni delež je ocenjen na podlagi izračunov toplotne bilance, ki primerjajo dejanski dvig temperature s teoretičnim enakomernim ogrevanjem. Popravki vključujejo zmedo za prekinitev poti kratkega-vezja, razširjeno pokritost tuljave za odpravo mrtvih območij in več{2}}nivojsko postavitev tuljave za globoke rezervoarje.
Inženirska priporočila za korekcijo obvodnega toka izmenjevalnika toplote iz PTFE so na voljo ob predložitvi dimenzij rezervoarja, postavitve tuljave, porazdelitve izmerjene temperature in trenutnih podatkov o delovanju pare.
