PTFE šilumokaitis gali būti švarus ir be nuotėkio, tačiau vis tiek neveikia dėl subtilios hidraulinės problemos: netinkamo srauto paskirstymo. Kai korpuso pusės skystis pasirenka mažiausio pasipriešinimo kelią, o ne tolygiai prasiskverbia per visus vamzdelius, nukenčia šilumos perdavimas ir atsiranda karštų arba šaltų dėmių. Netinkamas srauto pasiskirstymas dažnai nepastebimas, nes jis nesukelia akivaizdžių išorinių požymių, tokių kaip nuotėkis ar vibracija. Tačiau jo poveikis šiluminiam efektyvumui gali būti stiprus, ekstremaliais atvejais efektyvus šilumos perdavimo plotas sumažėja 20–40%. Netinkamo pasiskirstymo aptikimas ir ištaisymas yra būtinas norint išlaikyti PTFE apvalkalo ir vamzdelio šilumokaičio veikimą.
Kas yra „Flow Maldistribution“?
Netinkamas srauto pasiskirstymas reiškia netolygų skysčio pasiskirstymą vamzdžių pluošte korpuso pusėje (arba, rečiau, netolygų srautą tarp lygiagrečių vamzdžių vamzdžio pusėje). Tinkamai suprojektuotame šilumokaityje korpuso pusės skystis verčiamas pertvaromis tekėti per vamzdžių pluoštą kryžminiu srautu, beveik vienodai liesdamas visus vamzdžius. Kai įvyksta netinkamas pasiskirstymas, kai kurie pluošto regionai gauna didelį srauto greitį, o kiti regionai gauna labai mažą arba nejudantį srautą. Didelio greičio regionuose gali labai kristi slėgis, o mažo greičio regionai mažai prisideda prie šilumos perdavimo. Bendras šilumos perdavimo koeficientas nukrenta žemiau projektinės vertės, o šilumokaitis neatlaiko savo šiluminės pareigos.
Dažnos netinkamo srauto pasiskirstymo priežastys
Vietos patirtis rodo tris pagrindines srauto blogo paskirstymo PTFE korpuso ir vamzdžių šilumokaičiuose priežastis: pažeistos arba trūkstamos pertvaros, užsikimšę vamzdžiai ir netinkama įleidimo antgalio konstrukcija.
Pažeisti arba dingę pertvaros
Reflektoriai yra metalinės plokštės (dažniausiai nerūdijančio plieno), kurios nukreipia korpuso pusės skystį pirmyn ir atgal per vamzdžių pluoštą. Įprasta segmentinė pertvara verčia skystį tekėti per vamzdžius, tada aplink pertvaros kraštą, tada per kitą sekciją. Jei pertvaros atsilaisvina, aprūdija arba jų visiškai nėra, skystis visiškai aplenkia vamzdžių pluoštą ir teka tiesiai iš įleidimo angos į išleidimo angą per mažo pasipriešinimo kanalą šalia korpuso sienelės. Tai vadinama aplinkkeliu. Įspėjamasis ženklas yra korpuso pusės slėgio kritimas, žymiai mažesnis nei projektinė vertė, kartu su prastu šilumos perdavimu.
Reflektoriai gali būti pažeisti dėl:
Metalinių pertvarų korozija esant agresyviai eksploatacijai (nors PTFE vamzdžiai yra atsparūs, plieninės pertvaros gali rūdyti).
Mechaninis smūgis įdedant arba išimant vamzdžių pluoštą.
Neteisingas atstumas tarp pertvarų gamybos metu (atstumas turi būti 0,2–1,0 karto didesnis už korpuso skersmenį; didesnis atstumas sumažina skersinio srauto greitį ir skatina netinkamą paskirstymą).
Užblokuoti vamzdžiai
Vamzdžio pusėje šiukšlės, tokios kaip suvirinimo šlakas, rūdys arba proceso kietosios medžiagos, gali iš dalies arba visiškai užblokuoti vieną ar daugiau PTFE vamzdžių. Kai vamzdis užsikimšęs, skystis, kuris būtų tekėjęs per jį, perskirstomas į likusius atvirus vamzdelius. Sumažėja bendras srauto plotas, todėl greitis atviruose vamzdeliuose didėja, tačiau efektyvaus šilumos perdavimo paviršiaus plotas sumažėja. Šilumokaitį reikia išvalyti arba pakeisti užsikimšusius vamzdžius. Kelių praėjimų vamzdžių išdėstymo atveju vienas užblokuotas vamzdis gali sutrikdyti srauto paskirstymą per visą praėjimą.
Netinkamas įleidimo antgalio dizainas
Korpuso pusės įleidimo antgalis yra skysčio įleidimo taškas. Jei antgalis yra per mažas, įtekantis skystis įsibėgėja iki didelio greičio ir atsitrenkia tiesiai į nedidelį skaičių vamzdelių. Taip sukuriama didelio greičio čiurkšlė, kuri giliai įsiskverbia į pluoštą, o toli nuo srovės esantys regionai lieka nejudantys. Net ir naudojant tinkamai išdėstytas pertvaras, netinkamas paskirstymas dėl prastos purkštukų konstrukcijos išlieka, nes skystis niekada visiškai nepasiskirsto per pluošto skerspjūvį.
Dažni purkštukų konstrukcijos trūkumai yra šie:
Purkštuko skersmuo per mažas srautui (greitis > 3–5 m/s).
Antgalis yra per arti vamzdžio pluošto be smūgio plokštės arba difuzoriaus.
Antgalis orientuotas tangentiškai arba ašiškai be tinkamo srauto ištiesinimo.
Praktiškai įleidimo antgalis turi būti tokio dydžio, kad korpuso pusės greitis ties antgaliu būtų ne daugiau kaip 2–3 kartus didesnis už vidutinį skersinio srauto greitį per pluoštą. Smūgio plokštė (plokščia metalinė plokštė, esanti priešais purkštuką) išsklaido įeinančią čiurkšlę ir apsaugo pirmas PTFE vamzdžių eiles nuo erozijos.
Srauto netinkamo pasiskirstymo aptikimo metodai
Norint aptikti netinkamą pasiskirstymą, reikia derinti terminio, hidraulinio ir vizualinio tikrinimo metodus.
Šiluminis apvalkalo išorės vaizdas
Šiluminio vaizdo kamera (infraraudonųjų spindulių termografija) gali atskleisti temperatūros modelius išoriniame korpuso paviršiuje. Esant normaliam, gerai paskirstytam srautui, korpuso paviršiaus temperatūra turi būti gana vienoda per visą ilgį, o temperatūra palaipsniui keičiasi nuo įėjimo iki išleidimo angos. Esant netinkamam pasiskirstymui, atsiranda šaltų arba karštų dryžių. Pavyzdžiui:
Aplenkiamas srautas išilgai korpuso sienelės sukuria žemos temperatūros (šaltoje pusėje) arba aukštos temperatūros (karštojoje pusėje) juostą, kuri eina išilgai.
Netinkamai suprojektuoto antgalio purkštukas sukuria vietinę karštą arba šaltą vietą šalia įleidimo angos.
Šiluminis vaizdas turi būti atliekamas esant pastovios būsenos veikimo sąlygoms. Korpuso paviršių gali tekti nuvalyti arba padengti laikinais matiniais dažais, kad būtų pasiekta vienoda spinduliuotė.
Slėgio kritimo matavimas
Korpuso pusės slėgio kritimas yra patikimas indikatorius. Išmatuotas slėgio kritimas (esant projektiniam srautui) turi būti lyginamas su gamintojo projektine verte. Jei išmatuotas kritimas yra žymiai mažesnis (pvz., mažesnis nei 70 % projektinės vertės), skystis aplenkia vamzdžio pluoštą -greičiausiai per pažeistas pertvaras arba tarpą tarp vamzdžio pluošto ir korpuso. Jei išmatuotas kritimas yra didesnis nei numatyta, rodomas vamzdžio užsikimšimas arba per didelis užsiteršimas.
Vamzdžio pusėje slėgio kritimas, kuris yra daug didesnis nei suprojektuotas, rodo, kad vamzdžiai užsikimšę arba vidinis užsiteršimas. Slėgio kritimas, kuris yra daug mažesnis nei numatyta (nekeičiant srauto greičio), rodo, kad vamzdžio grandinėje yra vamzdžio nuotėkis arba aplinkkelis.
Temperatūros profilio matavimai
Matuojant atskirų vamzdelių arba mažų vamzdelių grupių išėjimo temperatūrą, galima tiksliai nustatyti netinkamą pasiskirstymą. Tačiau tam reikia prieigos prie vamzdžio lakšto, o tai gali būti nepraktiška sandariame šilumokaityje. Alternatyva yra matuoti korpuso paviršiaus temperatūrą keliuose taškuose išilgai perimetro ir ilgio, kaip aprašyta aukščiau.
Vizuali apžiūra techninės priežiūros metu
Atidarius šilumokaitį valymui ar patikrinimui, reikia patikrinti:
Reflektorių būklė: ar kokie nors pertvaros atsilaisvinę, jų nėra arba labai aprūdijusios? Ar atstumas tarp pertvarų yra vienodas ir atitinka brėžinį?
Vamzdžių užsikimšimas: ar vamzdžiai matomai užkimšti šiukšlėmis? Galima naudoti žibintuvėlį arba boreskopą.
Įleidimo antgalio sritis: ar yra atsitrenkimo plokštė? Ar kelios pirmosios vamzdžių eilės yra deformuotos ar pažeistos dėl čiurkšlės smūgio?
Prevencinės priemonės
Netinkamo srauto pasiskirstymo iš esmės galima išvengti tinkamai suprojektavus, montuojant ir periodiškai tikrinant.
Tinkamas įleidimo difuzorius arba susidūrimo plokštė
Naujiems šilumokaičiams įleidimo antgalis turi būti su atmušimo plokšte arba srauto difuzoriumi. Smūgio plokštė yra metalinė plokštė, sumontuota nedideliu atstumu nuo purkštuko angos, verčianti įeinančią čiurkšlę skleisti radialiai prieš susiliečiant su vamzdžio pluoštu. Arba korpuso viduje gali būti pridėta difuzoriaus sekcija (laipsniškas srauto išplėtimas). Šie įtaisai sumažina įleidimo greitį ir skatina vienodą srauto paskirstymą.
Reguliarus deflektorių patikrinimas
Kasmetinės priežiūros metu reikia patikrinti, ar pertvaros nėra pažeistos ar atsipalaidavusios. PTFE šilumokaičiuose su metalinėmis pertvaromis susirūpinimą kelia pertvarų korozija, nes patys PTFE vamzdžiai nerūdija. Nerūdijančio plieno pertvaros (316L) rekomenduojamos korozinėms paslaugoms. Reflektoriniai strypai arba sujungimo strypai turi būti sandarūs; atsilaisvinusias pertvaras galima iš naujo pritvirtinti arba pakeisti.
Koštuvai ir filtravimas
Siekiant išvengti vamzdžio užsikimšimo, ant vamzdžio pusės įleidimo linijos turi būti sumontuotas filtras arba filtras. Tinklelio dydis turi būti mažesnis nei vamzdžio vidinis skersmuo. Jei skystyje yra kietųjų dalelių, užteršimui korpuso pusėje taip pat naudingas filtras ant korpuso pusės įleidimo angos. Periodiškai valant koštuvą neleidžiama šiukšlėms patekti į šilumokaitį.
Tinkamas pertvarų išdėstymas ir dizainas
Atstumas tarp pertvarų turi būti parenkamas atsižvelgiant į reikiamą skersinio srauto greitį. Nykščio taisyklė yra ta, kad atstumas turi būti nuo 0,2 iki 1,0 karto didesnis už vidinį korpuso skersmenį. Mažesnis atstumas padidina slėgio kritimą, bet pagerina pasiskirstymą. PTFE šilumokaičiams, kur vamzdžiai yra gana lankstūs, per didelis skersinio srauto greitis gali sukelti vamzdžio vibraciją; todėl dažnai pasirenkamas vidutinis atstumas (0,4–0,6 × apvalkalo skersmuo).
Vamzdžio pusės srauto paskirstymo įrenginiai
Dideliems kelių praėjimų šilumokaičiams įleidimo skirstytuvas (perforuota plokštelė arba antgalis su platėjančiu įvadu) gali pagerinti srauto paskirstymą vamzdžio pusėje. Tai ypač svarbu, kai vamzdžio pusės skystis turi didelį klampumą arba kai šilumokaityje yra daug vamzdžių.
Įtariamo srauto netinkamo pasiskirstymo diagnostikos kontrolinis sąrašas
Kai įtariama, kad šilumokaityje yra blogas srauto paskirstymas, toliau pateiktas kontrolinis sąrašas vadovaujasi tyrimu.
| Stebėjimas | Galima netinkamo paskirstymo priežastis | Patvirtinimo būdas |
|---|---|---|
| Korpuso pusės slėgio kritimas < 70 % konstrukcijos | Apėjimas dėl trūkstamų / pažeistų pertvarų arba tarpo tarp ryšulio ir korpuso | Vizuali apžiūra techninės priežiūros metu; dažų žymeklio testas |
| Korpuso pusės slėgio kritimas > 120 % konstrukcijos | Vamzdžio užsikimšimas arba didelis užsiteršimas korpuso pusėje | Patikrinkite vamzdžių įleidimo angas; išmatuoti atskirų vamzdžių srautą |
| Netolygi korpuso paviršiaus temperatūra (šiluminis vaizdas) | Apeiti srovę, įleidimo srovę arba sustingusią zoną | Palyginti su projektiniu terminiu profiliu; CFD analizė |
| Išėjimo temperatūra žemesnė nei projektinė (šildymas) arba aukštesnė (aušinimas) | Sumažėjęs efektyvus šilumos perdavimo plotas dėl netinkamo paskirstymo | Atlikti veikimo testą; apskaičiuokite NTU ir palyginkite su dizainu |
| Vibracija arba triukšmas iš korpuso pusės | Didelio greičio čiurkšlė atsitrenkia į vamzdžius | Patikrinkite, ar įleidimo antgalio plotas nepažeistas |
| Pakartotinis vamzdžio gedimas vienoje vietoje | Lokalizuotas didelis greitis arba šiluminis įtempis | Srauto lauko baigtinių elementų analizė |
Korekciniai veiksmai
Jei pasiskirstymas pasitvirtina, korekciniai veiksmai priklauso nuo pagrindinės priežasties.
Pažeisti arba trūkstami pertvaros– Reikia atidaryti šilumokaitį, suremontuoti arba pakeisti pertvaras. Kai kuriais atvejais gali tekti iš naujo sumaišyti visą vamzdžių pluoštą.
Užblokuoti vamzdžiai– Vamzdžius reikia išvalyti chemiškai (žr. atitinkamą PTFE šilumokaičių valymo vadovą). Jei vamzdelio negalima išvalyti, jį galima užkimšti (jei keli vamzdeliai užsikimšę) arba pakeisti.
Netinkamas įleidimo antgalis– Korpuso viduje priešais antgalį galima suvirinti modifikuotą susidūrimo plokštę. Jei erdvė ribota, šalia įleidimo angos galima pridėti srauto tiesintuvą arba perforuotą pertvarą.
Apėjimas dėl paketo ir apvalkalo tarpo– Galima pridėti aplinkkelio sandariklius (metalines juosteles, pritvirtintas prie pertvarų, kurios liečiasi su apvalkalu), kad užblokuotų tarpą.
Išvada
Netinkamas srauto paskirstymas yra ištaisoma hidraulinė problema, kuri turi įtakos PTFE apvalkalo ir vamzdžio šilumokaičio šiluminėms savybėms. Jis atsiranda dėl pažeistų arba trūkstamų pertvarų, užsikimšusių vamzdžių arba netinkamos įleidimo antgalio konstrukcijos. Aptikimo metodai apima terminį vaizdą, slėgio kritimo matavimą ir vizualinį patikrinimą atliekant techninę priežiūrą. Prevencinės priemonės-tinkamas įleidimo difuzoriaus dizainas, reguliarus pertvarų patikrinimas, filtrai ir tinkamas tarpas tarp pertvarų-sustabdo netinkamą paskirstymą prieš jam prasidedant. Raktažodissrauto blogo paskirstymo PTFE šilumokaitisatspindi kritinę diagnostikos koncepciją: netolygus srautas sumažina efektyvų šilumos perdavimo plotą ir sukuria karštas arba šaltas vietas net ir švariame šilumokaityje. Taikant aprašytas aptikimo ir prevencijos strategijas, šilumokaičiui galima atkurti numatytą šiluminę charakteristiką. Gera šilumokaičio konstrukcija ir periodinė patikra užkerta kelią šiai problemai, užtikrina patikimą veikimą ir pailgina tarnavimo laiką.
