Das Problem des schrägen Bodens
Abwasseraufbereitungstanks, Schlammeindicker und bestimmte Galvanisierungstanks verfügen über geneigte Böden-normalerweise 2-5 Grad von der Horizontalen, um abgesetzte Feststoffe in einen Sammelsumpf zu leiten. Der über dem geneigten Boden installierte Wärmetauscher muss der Bodenneigung folgen, um eine gleichmäßige Eintauchtiefe und einen gleichbleibenden Abstand zu gewährleisten. Das bedeutet, dass das Rohrbündel nicht eben ist. Das Dampfeinlassende liegt höher als das Kondensatauslassende oder umgekehrt, abhängig von der Neigungsrichtung relativ zur Ausrichtung des Sammelrohrs.
Standardmäßige PTFE-Wärmetauscherköpfe gehen von einem ebenen Rohrbündel aus. Die Dampfverteilungs- und Kondensatsammelverteiler sind für eine gleiche statische Druckhöhe an allen Rohranschlüssen ausgelegt. Am Hang versagt diese Annahme. Rohre am unteren Ende des Sammlers sehen einen anderen Antriebsdruck als Rohre am oberen Ende. Ergebnisse einer Flussfehlverteilung.
Maßgeschneiderte Kopfstückkonstruktionen kompensieren das Gefälle und sorgen für eine gleichmäßige Dampfverteilung und eine vollständige Kondensatableitung aus jedem Rohr, unabhängig von der Höhe entlang des Kopfstücks.
Die Flussverteilungskompensation
In einem Standard-Horizontalverteiler, der mehrere vertikale oder geneigte Rohre versorgt, variiert der statische Druck mit der Höhe. Am unteren Ende eines geneigten Sammelrohrs ist die statische Dampfhöhe im Sammelrohr höher, wodurch der Antriebsdruck über die Rohre an diesem Ende zunimmt. Am oberen Ende ist die statische Förderhöhe geringer, was den Antriebsdruck verringert. Rohre am unteren Ende erhalten mehr Dampfstrom als Rohre am oberen Ende.
Das Strömungsungleichgewicht kann durch verschiedene konstruktive Ansätze ausgeglichen werden. Ein sich verjüngender Kopf-der sich im Querschnitt-vom oberen Ende zum unteren Ende verringert-erhöht die Geschwindigkeit und die Druckwiederherstellung am unteren Ende und gleicht den statischen Druckeffekt teilweise aus. Alternativ gleichen einzelne Rohreinlassöffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern -größer am oberen Ende, kleiner am unteren Ende-den Strömungswiderstand jedes Rohrpfads aus.
Für PTFE-Wärmetauscher wird der Öffnungsansatz bevorzugt. In jeden Rohreinlassanschluss sind kleine PTFE- oder PVDF-Öffnungseinsätze eingebaut. Die Öffnungsdurchmesser werden auf der Grundlage der Höhe jedes Rohranschlusses und des gewünschten Durchflusses pro Rohr berechnet. Die Einsätze sind austauschbar, wenn sich die Prozessbedingungen ändern.
Tabelle 1: Benutzerdefinierte Kopfrohr-Designparameter für Tanks mit geneigtem Boden (5 Grad Bodenneigung, 3 m Kopfrohrlänge)
| Designparameter | Standard-Header (Ebene) | Benutzerdefinierter Header (schräg) | Vergütungsmethode |
|---|---|---|---|
| Höhenunterschied über den Kopf hinweg | 0 mm | 262 mm (über 3 m bei 5 Grad) | – |
| Statischer Kopfunterschied | 0 Pa | ~550 Pa (Dampf bei 3 barg) | – |
| Durchflussschwankung ohne Ausgleich | < 5% | 25-35% | – |
| Durchflussvariation mit konischem Kopf | – | < 10% | Der Kopfdurchmesser verringert sich vom oberen zum unteren Ende um 20 % |
| Durchflussvariation mit Einlassöffnungen | – | < 5% | 6 Öffnungsgrößen, 0,5-mm-Schritte |
| Design des Kondensatsammlers | Ebene; gleichmäßige Steigung | Abgestuft oder schräg mit Dampfverteiler | Entspricht den Rohrauslasshöhen |
| Variation der Rohrlänge | Uniform | Erhöht sich vom oberen zum unteren Ende um bis zu 262 mm | Gleicht Bodenneigung aus |
Das Design der Kondensatableitung
Die Kondensatableitung am Hang stellt zusätzliche Herausforderungen dar. Wenn der Kondensatsammler parallel zum Dampfsammler verläuft und außerdem geneigt ist, muss das Kondensat aus den Rohren am oberen Ende entlang des Sammlers bergab fließen, um den Kondensatableiter am unteren Ende zu erreichen. Bei der Zweiphasenströmung im Kondensatsammler (Kondensat plus Entspannungsdampf) kann es an der steileren effektiven Steigung zu Schwallbildung kommen.
Der bevorzugte Ansatz ist ein gestufter Kondensatsammler: Der Sammler besteht aus kurzen horizontalen Abschnitten, von denen jeder 4-6 Rohre versorgt, wobei jeder Abschnitt über ein Fallrohr zu einem gemeinsamen Kondensatsammelverteiler darunter abfließt. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Rohrgruppe horizontal abfließt und die Zweiphasen-Neigungsinstabilität vermieden wird, während der Sammelverteiler mit einem steileren Gefälle zum Siphon verläuft.
Der Rohrlängenausgleich
Rohre am unteren Ende des Bündels müssen länger sein als Rohre am oberen Ende, um den gleichen Abstand über dem geneigten Boden aufrechtzuerhalten. Der Rohrlängenunterschied wird aus dem Neigungswinkel und der Sammelrohrlänge berechnet. Bei einer Neigung von 5 Grad und einem 3 m langen Sammelrohr ist die Rohrlänge am unteren Ende etwa 262 mm länger als am oberen Ende.
Mit dem Wärmetauscher werden individuell zugeschnittene Rohre mit abgestuften Längen geliefert. Jede Röhrenposition ist auf dem Kopfstück und auf der Röhre selbst gekennzeichnet, um eine korrekte Montage zu gewährleisten. Die abgestuften Rohrlängen sorgen für einen gleichmäßigen Abstand über dem Tankboden und verhindern so eine lokale Schlammansammlung unter dem Wärmetauscher.
Zusammenfassung
Für PTFE-Wärmetauscher, die über geneigten Tankböden installiert werden, sind kundenspezifische Sammelrohrkonstruktionen erforderlich, um die Schwankung der statischen Druckhöhe entlang des Sammelrohrs auszugleichen, die zu einer Fehlverteilung der Strömung führt. Konische Sammler oder individuell dimensionierte Einlassöffnungen sorgen für einen gleichmäßigen Durchfluss. Abgestufte Kondensatsammler sorgen für eine vollständige Entwässerung ohne Zweiphasen-Schlackenbildung. Abgestufte Rohrlängen sorgen für eine gleichmäßige Bodenfreiheit.
Das kundenspezifische Design stellt sicher, dass der PTFE-Wärmetauscher seine volle Heizleistung ohne Überschwemmungen und kalte Stellen liefert, die bei der Installation eines standardmäßigen ebenen{0}}Bodendesigns auf einem geneigten Boden entstehen würden.
Technische Unterstützung für die Konstruktion von PTFE-Wärmetauschern mit geneigtem Boden-ist nach Vorlage der Tankbodenneigung, der Kopfstücklänge, des Dampfdrucks, der Rohranzahl und der Wärmebelastungsanforderungen verfügbar.
