오리엔테이션 결정
PTFE 열교환기 번들은 튜브를 수평 또는 수직으로 설치할 수 있습니다. 선택은 응축수 배수, 증기 분배 및 튜브 범람 시작에 영향을 미칩니다. 수평 다발은 증기 흐름에 수직으로 응축수를 배출합니다. 수직 번들은 증기 흐름-병류(하향 증기, 하향 응축수) 또는 역-류(하향 증기, 상향 응축수)와 평행하게 응축수를 배출합니다.
응축수 배수를 위한 최적의 방향은 응축수 헤더를 향해 약간 하향 경사를 이루는 수평 방향입니다. 이 기하학적 구조는 증기와 응축수 경로를 완전히 분리합니다. 증기는 각 튜브의 상부를 따라 흐릅니다. 응축수는 하부를 따라 배출됩니다. 두 상은 층화된 흐름에서 안정적으로 공존합니다. 응축수가 튜브를 연결하고 증기 흐름을 차단하는 홍수-는 응축수 부하가 매우 높거나 경사가 불충분한 경우에만 발생합니다.
수직 방향은 때때로 공간 제약, 탱크 형상 또는 기존 배관에 의해 결정됩니다. 수직 다발에서는 증기와 응축수가 동일한 흐름 경로를 공유하며 증기 속도와 응축수 부하에 따라 흐름 방식이 환형 미스트 흐름에서 슬러그 흐름, 범람으로 전환될 수 있습니다. 설계는 모든 작동 조건에서 범람 전이를 방지해야 합니다.
흐름 체제 지도
튜브의 2상 흐름은 표면 가스 속도와 표면 액체 속도의 좌표가 있는 흐름 영역 맵이 특징입니다. 지도는 성층, 슬러그, 환형 및 기포 흐름 체계 사이의 경계를 식별합니다.
수평 튜브에서는 층화된 방식-상반부의 증기, 하반부의 응축수-가 원하는 작동 방식입니다. 안정적인 열 전달, 완벽한 응축수 배수 및 워터 해머 현상이 발생하지 않습니다. 슬러그 흐름으로의 전환은 증기 속도가 튜브를 연결하는 증기-응축수 경계면에서 파동을 생성할 만큼 충분히 높을 때 발생합니다. 3 barg 증기 압력의 10mm ID PTFE 튜브의 경우 이 전이 속도는 적절하게 설계된 번들의 정상 작동 속도보다 약 8{9}10m/s-well 높습니다.
병류 하향류가 있는 수직 튜브에서 원하는 방식은 환형 흐름입니다. 즉, 튜브 벽의 얇은 응축수 막, 코어의 증기입니다. 필름은 중력과 증기 전단력에 의해 아래쪽으로 배수됩니다. 플러딩 전이는 증기 속도가 액체 필름의 방향을 반전시켜 튜브에 응축수를 보유할 만큼 충분히 높을 때 발생합니다. 병류 하향류의 경우, 정상 작동 속도보다 높은 15-20m/s 이상의 증기 속도에서 범람이 발생합니다.
역류 흐름(증기 아래로, 응축수 위로)이 있는 수직 튜브에서는 증기와 응축수가 서로 싸우기 때문에 훨씬 낮은 증기 속도({1}}일반적으로 2-5m/s)에서 범람이 발생합니다. 이런 방향은 피해야 합니다.
표 1: PTFE 열교환기 번들의 방향 선택 기준
| 표준 | 수평(선호) | 수직 동시-전류 하향류 | 수직 카운터-현재(권장하지 않음) |
|---|---|---|---|
| 응축수 배수 신뢰성 | 우수(중력+별도 경로) | 양호(중력 + 증기 전단 보조) | 나쁨(중력이 증기 흐름에 반대) |
| 홍수 위험 | 낮음(층류 안정) | 낮음-보통(환형 흐름 안정성) | 높음(낮은 증기 속도에서 범람) |
| 튜브 길이 제한 | 적당한 경사면 무제한 | < 3 meters (flooding risk increases with height) | < 1 meter (not practical) |
| 최소 경사 요구 사항 | 1:100(미터당 1cm) | 없음(수직 자체-배수) | N/A |
| 공간 효율성 | 계획 면적이 필요합니다 | 수직공간의 효율적인 활용 | N/A |
| 탱크 침수에 대한 적합성 | 양호(바닥 그리드) | 우수함(깊은 탱크) | 권장되지 않음 |
| 외부 쉘-및-튜브에 적합 | 훌륭한 | 양호(수직쉘) | 권장되지 않음 |
수평 묶음의 경사 사양
수평 PTFE 튜브 묶음은 증기 입구 헤더에서 응축수 출구 헤더까지 연속적으로 아래쪽으로 기울어져야 합니다. 최소 경사는 1:100(튜브 길이 미터당 1cm의 방울)입니다. 이 경사는 튜브 벽에 응축수 방울을 붙잡을 수 있는 표면 장력 효과를 극복합니다.
PTFE의 경우 튜브 벽의 낮은 표면 에너지가 배수에 도움이 됩니다. 표면을 적시는 대신 비드를 응축시키십시오. 비드는 젖을 수 있는 금속 표면보다 경사진 튜브 아래로 더 쉽게 굴러갑니다. 이러한 특성으로 인해 PTFE 번들은 금속 튜브에 고이는 원인이 되는 경사면에서 적절하게 배수될 수 있습니다.
경사는 응축수 헤더에 비해 증기 헤더를 높임으로써 달성됩니다. 침지 그리드에서는 전체 지지 프레임이 필요한 기울기로 제작됩니다. 프레임 형상이 변경될 수 있는 열팽창에도 불구하고 기울기는 유지되어야 합니다. 유연한 PTFE 지지 연결부가 이러한 움직임을 수용합니다.
요약
PTFE 열교환기 번들에는 수평 방향이 선호됩니다. 왜냐하면 증기와 응축수 경로가 완전히 분리되어 가장 안정적인 응축수 배수를 제공하기 때문입니다. 1:100의 최소 경사는 확실한 배수를 보장합니다.
수직 병류 하향류는 수평 설치가 실용적이지 않은 경우 튜브 길이가 제한되어 있고 증기 속도가 범람 임계값 아래로 유지되는 경우 허용됩니다. 낮은 증기 속도에서의 범람으로 인해 수직 카운터-전류 흐름을 피해야 합니다.
PTFE의 낮은 표면 에너지는 두 방향 모두에서 배수를 향상시켜 금속 튜브에 필요한 것보다 더 얕은 경사와 더 낮은 최소 속도를 허용합니다.
PTFE 열 교환기 번들 방향에 대한 엔지니어링 권장 사항은 탱크 또는 쉘 치수, 증기 압력, 튜브 치수 및 설치 형상을 제한하는 공간 제약 조건을 제출하면 제공됩니다.
