Rovnováha podchladenia
Kondenzát opúšťa parou-tepelný výmenník tepla PTFE s teplotou pod teplotou nasýtenia parou. Tento teplotný rozdiel predstavuje stupeň podchladenia. Ak je kondenzát vypúšťaný príliš horúci-s príliš malým podchladením-, bliká, aby sa vytvorila para v spodnom-tlakovom potrubí kondenzátu. Blesková para predstavuje stratenú energiu, ktorú musí kotol nahradiť. Ak je kondenzát príliš podchladený, vedenie kondenzátu je studené a riziko vodného rázu v dôsledku kondenzujúcich parných vreciek sa zníži-, ale výmenník tepla môže pracovať so zaplavenými rúrkami, čo znižuje efektívnu plochu.
Optimálny stupeň podchladenia vyrovnáva tieto konkurenčné faktory. Poskytuje dostatočné chladenie na minimalizáciu strát bleskovej pary a zároveň udržuje teplotu kondenzátu dostatočne vysokú, aby sa zabezpečilo, že rúrky výmenníka tepla nebudú zaplavené zálohovaným-kondenzátom.
Pre PTFE výmenníky tepla sa optimálny rozsah podchladenia mierne líši od kovových výmenníkov, pretože PTFE rúrky majú nižšiu tepelnú hmotnosť a rýchlejšie reagujú na zmeny hladiny kondenzátu.
Flash parný mechanizmus
Kondenzát pri saturačnej teplote a tlaku obsahuje citeľné teplo pri saturačnej entalpii. Keď tento kondenzát prechádza cez odvádzač kondenzátu do spodného-tlakového spätného potrubia, prebytočná entalpia spôsobí, že časť kondenzátu prejde na paru. Frakcia, ktorá bliká, je: Frakcia vzplanutia=(hf1 - hf2) / hfg2, kde hf1 je entalpia kondenzátu pri tlaku proti prúdu, hf2 je entalpia kondenzátu pri tlaku po prúde a hfg2 je latentné teplo pri tlaku po prúde.
Pre vypúšťanie kondenzátu zo systému 3 barg (143 stupňov) do atmosférického spätného potrubia (100 stupňov) je podiel vzplanutia približne 10 %. Jeden kilogram kondenzátu vyprodukuje 0,1 kg bleskovej pary. Táto záblesková para prechádza vratným potrubím a často sa vypúšťa do atmosféry v zberači kondenzátu. Stratenú paru je potrebné nahradiť dodatočným spaľovaním kotla.
Podchladenie kondenzátu pred jeho prechodom cez odlučovač znižuje podiel vzplanutia. Pri 10 stupňoch podchladenia (vybíjanie pri 133 stupňoch namiesto 143 stupňoch) podiel vzplanutia klesne na približne 6 %. Pri 20 stupňoch podchladenia klesne na 2 %.
Tabuľka 1: Vzťah bleskovej pary a podchladenia (3 barg pary, návrat atmosférického kondenzátu)
| Teplota vypúšťania kondenzátu (stupeň) | Stupeň podchladenia ( stupeň ) | Frakcia bleskovej pary (%) | Energetická strata (kW na 100 kW prevádzky) | Riziko vodného kladiva | Riziko zaplavenia rúr |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (nasýtený) | 0 | 10 | 3.5 | Vysoký (dvojfázový tok v spätnom vedení) | žiadne |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Mierne | Veľmi nízka |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Nízka | Nízka |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Veľmi nízka | Mierne |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | žiadne | Vysoká (pravdepodobne zaplavené rúrky) |
Metóda riadenia podchladenia PTFE
Podchladenie je riadené konštrukciou odvodu kondenzátu, nie regulátorom teploty. Správne dimenzovaný plavák-a{2}}termostatický odvádzač kondenzátu udržiava utesnenie kondenzátu v odtokovom potrubí a zároveň nepretržite odvádza kondenzát. Tesnenie zabraňuje prúdeniu živej pary cez sifón. Nepretržité vypúšťanie zabraňuje prerušovaným slimákom, ktoré spôsobujú vodné rázy.
Prirodzené podchladenie, ku ktorému dochádza pri odvádzaní kondenzátu cez rúrky výmenníka tepla z PTFE a zberač kondenzátu, poskytuje 5-10 stupňov podchladenia bez akéhokoľvek dodatočného vybavenia. Stena PTFE trubice na strane kondenzátu je v kontakte s procesnou kvapalinou, ktorá má nižšiu teplotu ako para. Keď kondenzát steká pozdĺž tejto steny, ochladzuje sa.
V prípade potreby dodatočného podchladenia ho zabezpečuje krátke potrubie nevyhrievaného kondenzátu medzi výmenníkom a sifónom. Potrubie funguje ako výmenník tepla medzi kondenzátom a okolitým vzduchom. Pre PTFE systémy je to zriedka potrebné, pretože prirodzené podchladenie 5-10 stupňov je blízko optima.
Pripojenie vodného kladiva
Vodný ráz vo vratnom potrubí kondenzátu je spôsobený kolapsom parných vreciek. Keď v potrubí koexistujú blesková para a podchladený kondenzát, bubliny pary sa pri kondenzácii rýchlo zrútia. Zrútená bublina vytvára lokalizované vákuum, ktoré vťahuje okolitú kvapalinu dovnútra. Náraz tekutých hmôt vytvára tlakový impulz kladiva.
Eliminácia bleskovej pary udržiavaním 10-15 stupňov podchladenia eliminuje zdroj bublín pary. Spätné vedenie kondenzátu prúdi ako jednofázová kvapalina, ktorá je tichá a mechanicky neškodná. Strata energie z bleskovej pary je znížená o 50-65% v porovnaní s vypúšťaním nasýteného kondenzátu.
Zhrnutie
Optimálny stupeň podchladenia kondenzátu pre PTFE výmenníky tepla je 10-15 stupňov. Tým sa zníži strata bleskovej pary na 3,5 – 5,5 % z celkového prietoku pary v porovnaní s 10 % pri nasýtenom výboji, pričom sa zachová drenáž trubice bez zaplavenia. Prirodzené podchladenie, ku ktorému dochádza pri odvádzaní kondenzátu cez PTFE trubice a zberač, zabezpečuje väčšinu tohto podchladenia bez dodatočného vybavenia.
Podchladenie o 10-15 stupňov tiež eliminuje vodné rázy tým, že zabezpečuje jednofázový prietok kvapaliny vo vratnom potrubí kondenzátu. Úspora energie vďaka zníženej pare v kombinácii so zníženou údržbou v dôsledku eliminácie vodného rázu poskytuje rýchlu návratnosť akejkoľvek investície do optimalizácie kondenzačného systému.
Technické odporúčania pre návrh systému kondenzátu výmenníka tepla z PTFE sú k dispozícii po predložení tlaku pary, tlaku v systéme spätného kondenzátu, tepelnej záťaže a akýchkoľvek pozorovaných vodných rázoch alebo vysokých teplôt kondenzátu.
