Com seleccionar la mida de broquet correcta per a un intercanviador de PTFE per minimitzar la caiguda de pressió?

Un intercanviador de calor té un fluid lateral de la carcassa-que entra i surt a través de broquets que generalment són molt més petits que la carcassa de l'intercanviador principal. Aquests broquets són constriccions hidràuliques en les quals s'accelera el cabal i es generen turbulències, i en les quals es pot injectar una gran part de la pèrdua de pressió global del sistema. Aquest impacte és molt més important en els intercanviadors de tubs de PTFE-revestits o de PTFE-on una velocitat d'entrada massa alta pot contribuir a la vibració, el desgast del tub i un rendiment de bombament deficient.

En el cas d'un bescanviador de PTFE de mida de broquet, minimitzar la caiguda de pressió La selecció de broquets és un pas bàsic d'optimització hidràulica, no un detall mecànic posterior.

Per què el disseny del broquet provoca la restricció del flux de caiguda de pressió i l'augment de la velocitat
Si un cabal volumètric constant flueix per una àrea de secció transversal reduïda, la velocitat del fluid augmenta proporcionalment. Aquest augment de la velocitat provoca un augment no-lineal de la caiguda de pressió, especialment amb l'augment de la turbulència a l'entrada i les zones existents.

Els principals impactes són:

Acceleració local dels dolls de fluids

Augment de la intensitat de la turbulència

Majors pèrdues per fricció

Oscil·lacions de pressió dinàmiques millorades

Petites reduccions del diàmetre del broquet poden comportar penalitzacions hidràuliques excessivament significatives, ja que la pèrdua de pressió augmenta fortament amb la velocitat.

Efecte sobre l'intern de l'intercanviador de calor de PTFE
En comparació amb els sistemes metàl·lics, els paquets de tubs de PTFE són mecànicament i tèrmicament sensibles. Els broquets de mida inferior poden provocar l'entrada i la producció de dolls d'alta velocitat

Vibració en tub local

Falla mecànica del suport del tub.

mala distribució del flux al paquet

Degradació accelerada en partícules en suspensió

Augment dels nivells sonors en el servei de gas

Això vol dir que el disseny del broquet té una influència directa en la vida útil dels intercanviadors.

Dimensió de broquets Lògica hidràulica
Criteris de disseny-basats en velocitat
Un objectiu important del disseny és limitar la velocitat del broquet a un valor especificat. La pràctica del sector és generalment utilitzar un paràmetre de combinació anomenat rho-v-quadrat (ρv²) per restringir tant l'impacte del moment com el potencial d'erosió.

El paràmetre es defineix de la següent manera:

Velocitat al quadrat x densitat

Aquest valor és la intensitat d'energia dinàmica del flux que passa a l'intercanviador.

Les limitacions típiques de disseny per a líquids que no són abrasius i no corrosius són:

~2232 kg/m*s^2

Equivalent aproximadament a 15 peus/s per al servei d'aigua

Per al servei de gas, les velocitats permeses es redueixen encara més a causa de:

Producció de soroll acústic

Excitació vibratòria

Possible acceleració de l'erosió- corrosiu

El funcionament dins d'aquests límits ajuda a proporcionar una acció hidràulica constant.

Efecte d'augmentar el diàmetre del broquet
Broquet més gran, menor velocitat per a un cabal volum determinat. I això et dóna:

Caiguda de pressió reduïda

Menys producció de turbulències.

Emissions de soroll reduïdes

Reducció de la tensió mecànica a les parts internes

Tanmateix, hi ha inconvenients-des del punt de vista de l'enginyeria:

Major cost de fabricació

Grans necessitats de connexió amb brides

Mida més gran del sobre de l'equip

Augment de la càrrega mecànica a les articulacions de la carcassa

Per tant, és essencial una compensació-entre les restriccions mecàniques i el rendiment hidràulic.

Canvi de flux i forma del broquet
Perfils d'entrada i sortida suaus
Les interrupcions del flux són menors quan les transicions de flux entre les canonades i els broquets d'un intercanviador es produeixen de manera gradual en lloc de sobtada. El broquet és l'encaixada de mans entre la canonada i l'intercanviador. Una encaixada de mans ample i ferma posa menys estrès als dos costats del sistema.

Els dissenys de broquets solen incloure per a un comportament hidràulic suau:

Reductors o expansors cònics

Perfils d'entrada arrodonits

Canvis de velocitat lenta

Geometria interior simplificada

Aquestes característiques ajuden a minimitzar les zones de separació i reduir les pèrdues d'energia locals.

Efecte sobre la distribució al costat de la closca
La distribució desigual d'entrada pot influir considerablement en el rendiment tèrmic dels intercanviadors de PTFE-i-tubs. La mida i la geometria dels broquets adequats garanteixen que:

Distribució coherent del flux-lateral de l'intèrpret

Fins i tot transferència de calor en tubs

Zones mortes reduïdes o flux de derivació

Gradient tèrmic estable

Problemes del servei de gas i líquid
Restriccions de servei líquid
Per als sistemes líquids, el disseny de broquets es basa generalment en:

Restriccions de velocitat (criteri de ρv2)

Optimització de la potència de bombeig

Perill d'erosió de partícules

Fins i tot per a líquids nets, l'alta velocitat del broquet pot provocar una disminució significativa de la pressió.

Limitacions del servei de gas
Per operar en fase gasosa, prevalen diverses consideracions:

Efectes de compressibilitat.

Risc de ressonància acústica

Zones d'alt flux de nombre de Mach

Normes de soroll ambiental de les plantes

En el servei de gas, s'utilitzen amb freqüència broquets grans per reduir la velocitat i prevenir circumstàncies sonores o properes{0}}sòniques.

Enfocament del disseny del món real
Enfocament de mida gradual
Un enfocament sistemàtic típic de la mida dels broquets és el següent:

Determinació del cabal de disseny

Càlcul de la velocitat permesa a partir dels límits de ρv²

Elecció del diàmetre interior mínim

Contribució a la verificació de la disminució de pressió

Compensació de la restricció mecànica de la brida

Això garanteix que el rendiment hidràulic es mantingui sense comprometre la integritat estructural.

Integració amb el sistema de protecció del paquet de tubs de PTFE
En els sistemes d'intercanviador de tefló, la mida dels broquets és inseparable del disseny del paquet intern. Com que els dolls d'entrada d'alta velocitat poden escapar dels dispositius de distribució i colpejar directament a les files de tubs, seleccionar una velocitat conservadora és una estratègia de protecció vital.

Comens{0}}compromisos del disseny
Avantatges dels broquets més grans:

Caiguda de pressió mínima

Millor dispersió del flux.

Menor possibilitat d'erosió

Inconvenients:

Augment del cost

Major superfície de l'equip

Major càrrega estructural

Beneficis dels broquets petits:

De mida petita

Cost material reduït

Integració més senzilla en configuracions de canonades ajustades

Contres:

Alta pressió diferencial

Augment del risc de vibració

Els tubs de PTFE poden tenir una vida útil reduïda

Conclusió
Una opció clau de disseny hidràulic per als sistemes d'intercanviador de calor de PTFE és la mida correcta del broquet, que té una influència directa en la caiguda de pressió, l'eficiència del sistema i la fiabilitat mecànica. Mantenir la velocitat del broquet dins de determinades limitacions (com el criteri rho-v-quadrat) pot evitar pèrdues d'energia excessives i condicions de flux perjudicials.

En el disseny de la caiguda de pressió de l'intercanviador de PTFE de mida de broquet, els broquets més grans sempre donen una entrada de flux més suau, menys turbulències i una millor protecció dels feixos de tubs de PTFE sensibles contra l'erosió i els efectes de vibració a alta velocitat.

Un broquet ben dissenyat-assegura finalment que el fluid entri a l'intercanviador d'una manera controlada i suau, permetent una llarga vida útil i un rendiment tèrmic constant. Una entrada hidràulica suau i progressiva és un dels millors enfocaments per a un sistema d'intercanviador de calor-de llarga vida i d'alt-rendiment.