Aşırı Soğutma Dengesi
Yoğuşma suyu, buharla- ısıtılan PTFE ısı eşanjöründen, buhar doyma sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta çıkar. Bu sıcaklık farkı aşırı soğutma derecesidir. Yoğuşma suyu çok sıcak-çok az aşırı soğutmayla-boşaltılırsa, düşük-basınçlı yoğuşma suyu dönüş hattında buhar olarak yanıp söner. Flaş buhar, kazan tarafından değiştirilmesi gereken kayıp enerjiyi temsil eder. Yoğuşma suyu çok fazla aşırı soğutulursa, yoğuşma hattı soğur ve yoğuşan buhar ceplerinden kaynaklanan su darbesi riski azalır-ancak ısı eşanjörü su basmış borularla çalışıyor olabilir ve bu da etkili yüzey alanını azaltır.
Optimum aşırı soğutma derecesi bu rekabet eden faktörleri dengeler. Isı eşanjörü tüplerinin yedeklenmiş yoğuşma suyuyla dolmamasını sağlamak için yoğuşma sıcaklığını yeterince yüksek tutarken flaş buhar kaybını en aza indirmek için yeterli soğutma sağlar.
PTFE ısı eşanjörleri için optimum aşırı soğutma aralığı, metalik eşanjörlerden biraz farklıdır çünkü PTFE tüpleri daha düşük termal kütleye sahiptir ve yoğuşma seviyesindeki değişikliklere daha hızlı yanıt verir.
Flaş Buhar Mekanizması
Doyma sıcaklığı ve basıncındaki yoğuşma, doyma entalpisinde duyulur ısı içerir. Bu yoğuşma suyu buhar kapanından daha düşük-basınçlı bir dönüş hattına geçtiğinde, aşırı entalpi, yoğuşmanın bir kısmının buhara dönüşmesine neden olur. Yanıp sönen kısım şudur: Parlama fraksiyonu=(hf1 - hf2) / hfg2, burada hf1, yukarı akış basıncındaki yoğuşma entalpisidir, hf2, aşağı akış basıncındaki yoğuşma entalpisidir ve hfg2, aşağı akış basıncındaki gizli ısıdır.
3 barg'lık (143 derece) bir sistemden atmosferik dönüş hattına (100 derece) kondens tahliyesi için parlama oranı yaklaşık %10'dur. Bir kilogram yoğuşma suyu 0,1 kg flaş buhar üretir. Bu flaş buhar, dönüş hattından aşağıya doğru ilerleyerek sıklıkla yoğuşma suyu alıcısından atmosfere salınır. Kaybedilen buharın ilave kazan ateşlemesi ile değiştirilmesi gerekir.
Kondensatın tuzaktan geçmeden önce aşırı soğutulması flaş fraksiyonunu azaltır. 10 derece aşırı soğutmada (143 derece yerine 133 derecede boşaltma), flaş fraksiyonu yaklaşık %6'ya düşer. 20 derece aşırı soğutmada %2'ye düşer.
Tablo 1: Flaş Buhar ve Aşırı Soğutma İlişkisi (3 barg Buhar, Atmosferik Kondens Dönüşü)
| Yoğuşma Tahliye Sıcaklığı (derece) | Aşırı Soğutma Derecesi (derece) | Flaş Buhar Oranı (%) | Enerji Kaybı (100 kW görev başına kW) | Su Darbesi Riski | Tüp Su Baskını Riski |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (doymuş) | 0 | 10 | 3.5 | Yüksek (dönüş hattında iki-fazlı akış) | Hiçbiri |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Ilıman | Çok düşük |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Düşük | Düşük |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Çok düşük | Ilıman |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Hiçbiri | Yüksek (tüplerin su basması muhtemel) |
PTFE Aşırı Soğutma Kontrol Yöntemi
Aşırı soğutma, bir sıcaklık kontrol cihazı tarafından değil, yoğuşma suyu drenaj tasarımı ile kontrol edilir. Uygun boyuttaki bir şamandıra-ve-termostatik buhar kapanı, yoğuşmayı sürekli olarak boşaltırken drenaj hattında yoğuşma sızdırmazlığını korur. Conta, canlı buharın sifondan geçmesini önler. Sürekli deşarj, su darbesine neden olan aralıklı sümüklü böcekleri önler.
Yoğuşma suyunun PTFE ısı eşanjör boruları ve yoğuşma başlığı aracılığıyla boşaltılmasıyla oluşan doğal aşırı soğutma, herhangi bir ek ekipmana ihtiyaç duymadan 5-10 derecelik aşırı soğutma sağlar. Yoğuşma tarafındaki PTFE boru duvarı, buhardan daha düşük sıcaklıktaki proses akışkanı ile temas halindedir. Yoğuşma suyu bu duvar boyunca aktıkça soğur.
İlave aşırı soğutma isteniyorsa, eşanjör ile kondenstop arasındaki kısa uzunluktaki ısıtılmamış yoğuşma borusu bunu sağlar. Boru, yoğuşma suyu ile ortam havası arasında bir ısı değiştirici görevi görür. PTFE sistemleri için bu nadiren gereklidir çünkü 5-10 derecelik doğal aşırı soğutma optimuma yakındır.
Su Çekici Bağlantısı
Yoğuşma suyu dönüş hatlarındaki su darbesi, buhar ceplerinin çökmesinden kaynaklanır. Flaş buhar ve aşırı soğutulmuş yoğuşma bir boruda bir arada bulunduğunda, buhar kabarcıkları yoğunlaşırken hızla çöker. Çöken kabarcık, çevredeki sıvıyı içeriye doğru çeken lokalize bir vakum yaratır. Sıvı kütlelerin etkisi çekiç basınç darbesini oluşturur.
10-15 derecelik alt soğutmayı koruyarak flaş buharı ortadan kaldırmak, buhar kabarcıklarının kaynağını ortadan kaldırır. Yoğuşma suyu dönüş hattı sessiz ve mekanik olarak zararsız olan tek fazlı bir sıvı olarak akar. Flaş buhardan kaynaklanan enerji kaybı, doymuş kondens tahliyesine kıyasla %50-65 oranında azalır.
Özet
PTFE ısı eşanjörleri için optimum kondens aşırı soğutma derecesi 10-15 derecedir. Bu, doymuş deşarj için %10'a kıyasla flaş buhar kaybını toplam buhar akışının %3,5-5,5'ine düşürürken, aynı zamanda taşma olmadan tüp drenajını korur. Yoğuşma suyunun PTFE tüpleri ve başlıktan akması sırasında oluşan doğal aşırı soğutma, bu aşırı soğutmanın çoğunu ek ekipmana ihtiyaç duymadan sağlar.
10-15 derecelik aşırı soğutma aynı zamanda yoğuşma dönüş hattında tek fazlı sıvı akışı sağlayarak su darbesini de ortadan kaldırır. Azaltılmış flaş buharından elde edilen enerji tasarrufu, koç darbesinin ortadan kaldırılmasından kaynaklanan bakımın azalmasıyla birleştiğinde, yoğuşma sistemi optimizasyonuna yapılan her türlü yatırımın hızlı bir şekilde geri dönüşünü sağlar.
PTFE ısı eşanjörü yoğuşma sistemi tasarımına yönelik mühendislik önerileri, buhar basıncı, yoğuşma suyu geri dönüş sistemi basıncı, ısı görevi ve gözlemlenen herhangi bir koç darbesi veya yüksek yoğuşma sıcaklığının sunulması üzerine mevcuttur.
