Dış Mekan Hesaplama Zorluğu
Dış mekana kurulan bir PTFE ısı eşanjörü, gündüz ile gece arasında 15-20 derece, yaz ile kış arasında 30-40 derece değişen ortam sıcaklıklarına maruz kalır. Eşanjörden ve onu birbirine bağlayan borulardan çevreye olan ısı kaybı orantılı olarak değişir. Yalnızca ortalama kış sıcaklığını hesaba katan bir tasarım, soğuk havalarda normalden küçük olabilir. Aşırı minimum sıcaklıklara yönelik tasarım, normal çalışma sırasında kapasiteyi boşa harcar.
Isı kaybı hesaplaması, hem ısı kaybına neden olan ortalama sıcaklık farkını hem de eşanjörün maksimum gerekli kapasitesini belirleyen tepe kaybını hesaba katmalıdır. Ayrıca, ısı girişi olmadığı ve eşanjörün ortam sıcaklığına kadar soğuduğu kapatma sırasında donma riskini de ele almalıdır.
Metalik eşanjörlerden farklı olarak PTFE'nin donma hasarına karşı bir güvenlik payı vardır. Esnek floropolimer, donmaya karşı koruma stratejisini etkileyen bir özellik olan, kırılmadan donan suyun genleşmesine uyum sağlar.
Isı Kaybı Bileşenleri
Dış mekan PTFE ısı eşanjörü kurulumundan kaynaklanan ısı kaybının üç bileşeni vardır. Tank veya eşanjör gövdesi kaybı, tankın veya eşanjör kabuğunun ortam havasına maruz kalan yüzeylerinden meydana gelir. Kayıp oranı yüzey alanına, proses akışkanı ile ortam havası arasındaki sıcaklık farkına ve herhangi bir yalıtım artı dış hava filmi yoluyla genel ısı transfer katsayısına bağlıdır.
Bağlantılı boru kaybı, eşanjör ile proses arasındaki-yer üstü borulardan kaynaklanır. Yalıtımla bile borunun her metresi ölçülebilir bir ısı kaybına katkıda bulunur. Toplam boru kaybı, açıktaki borunun uzunluğuna ve sıcaklık farkına bağlıdır.
Rüzgâr-artırılmış kayıp, harici ısı transfer katsayısını artırır. 5 m/s'lik bir rüzgar, durgun havaya kıyasla ısı kaybını iki katına çıkarabilir. Isı kaybı hesaplamasına kurulum sahasına ait rüzgar verileri dahil edilmelidir.
Tablo 1: Ortam Koşullarına Göre Isı Kaybı Hesaplama Faktörleri (50 derece Proses Sıvısı, 10m² Açıkta Kalan Yüzey, 25mm Mineral Yün Yalıtım)
| Ortam Durumu | Sıcaklık Farkı (derece) | Rüzgar Hızı (m/s) | Dış Film Katsayısı (W/m²·K) | Isı Kaybı (kW) | Tasarım Görevi Yüzdesi (75 kW) |
|---|---|---|---|---|---|
| Yaz öğleden sonra (35 derece, hareketsiz) | 15 | 0.5 | 5 | 1.2 | 1.6% |
| Yaz gecesi (22 derece, hareketsiz) | 28 | 0.5 | 5 | 2.2 | 2.9% |
| Kış öğleden sonra (10 derece, havadar) | 40 | 3 | 12 | 4.8 | 6.4% |
| Kış gecesi (-5 derece, rüzgarlı) | 55 | 3 | 12 | 6.6 | 8.8% |
| Soğuk ani (-20 derece, rüzgarlı) | 70 | 8 | 22 | 12.3 | 16.4% |
| Aşırı minimum (-30 derece, rüzgarlı) | 80 | 8 | 22 | 14.1 | 18.8% |
Yalıtımsız tank yüzeyi için ısı kaybı değerleri 4-6 kat daha fazla olacaktır. Dış mekan kurulumlarında yalıtım şarttır.
Yalıtım Optimizasyonu
Isı kaybı hesaplamaları yalıtım kalınlığı seçimini yönlendirir. Ekonomik optimum, daha kalın yalıtımın maliyeti ile ekipmanın ömrü boyunca tasarruf edilen enerjinin değerini dengeler. Soğuk iklimlerdeki dış mekan kurulumları için hesaplama genellikle 50-75 mm'lik yalıtım kalınlıklarıyla sonuçlanır.
Yalıtım hava koşullarına dayanıklı olmalıdır. Yağmura, kara ve UV'ye maruz kalan dış mekan yalıtımı, koruyucu bir kaplama olmadan hızla bozulur. Alüminyum veya paslanmaz çelik mantolama yalıtımı korur ve dayanıklı, temizlenebilir bir yüzey sağlar. Yalıtım etkinliğini bozan su girişini önlemek için tüm derzler kapatılmalıdır.
PTFE eşanjörleri, flanş bağlantılarında ve başlık erişim noktalarında özel bir yalıtım sorunu yaratır. Yalıtım sistemi, sökme ve değiştirme sırasında hasar görmeden, muayene ve bakım için periyodik erişime izin vermelidir. Bu konumlardaki çıkarılabilir yalıtım örtüleri gerekli erişimi sağlar.
Donmaya Karşı Koruma Stratejisi
Dış mekan PTFE ısı eşanjörü kışın kapatıldığında, tüplerin içinde sıkışan proses sıvısı donabilir. Su, donma sırasında yaklaşık %9 oranında genleşerek sert boruları ve kapları ayırabilecek bir basınç oluşturur.
PTFE tüpler kırılmadan buzun genleşmesini karşılar. Malzemenin kopma anındaki uzaması %200'ü aşar ve düşük sıcaklıklardaki esnekliği-PTFE, -200 dereceye kadar sünek kalır - tüpün dondurucu suyla genleşmesine olanak tanır. Ancak PTFE değiştiriciye bağlanan metalik başlıklar, flanşlar ve ara bağlantı boruları bu donma toleransını paylaşmaz.
Bu nedenle donmaya karşı koruma stratejisi metalik bileşenlere odaklanır. Açıktaki metal boruların, başlıkların ve vanaların ısı takibi kapatma sırasında donmayı önler. PTFE tüplerinin kendisi donmaya karşı koruma gerektirmez, ancak tüplerin içindeki sıvının boşaltılması veya donma koşulları devam ederse yavaş yavaş dolaşmasına izin verilmesi gerekir.
Özet
Ortam sıcaklığı dalgalanmaları, eşanjör boyutuna göre karşılanması gereken değişken ısı kaybı yoluyla dış mekan PTFE ısı eşanjörü kurulumlarını etkiler. Yalıtım kalınlığı, dayanıklılık için gerekli hava koşullarına dayanıklı kaplama ile yerel iklime göre optimize edilmiştir. Rüzgarın ısı kaybına etkisi önemlidir ve hesaplamalara dahil edilmelidir.
PTFE tüpler donma genleşmesini hasar görmeden tolere ederek kışın kapanmaların en ciddi sonuçlarına karşı doğal koruma sağlar. Donmaya karşı koruma çalışmaları, PTFE değiştiriciye bağlı metalik sistem bileşenlerine odaklanmaktadır.
Dış mekan PTFE ısı eşanjörü yalıtımı ve donmaya karşı koruma tasarımına yönelik mühendislik önerileri, saha meteorolojik verileri, proses akışkan özellikleri, çalışma ve kapatma sıcaklık profilleri ve boru düzeninin sunulması üzerine mevcuttur.
