冷却水の変数
冷却水は単一の流体ではありません。その水は、-きれいな川の水から-、溶解固体、浮遊粒子、生物活性を多く含む高サイクルの冷却塔の水まで、プラントごとに異なります。- PTFE シェル-および-チューブ熱交換器のシェル-側の流体速度は、特定の冷却水の化学的性質に適合させる必要があります。
速度が低すぎると、懸濁物質が沈降し、バイオフィルムの付着が促進され、PTFE チューブ表面のスケール付着が促進されます。速度が高すぎると、ポンピングエネルギーが無駄になり、浸食のリスクが増大し、フレキシブル PTFE チューブの流れ{1}}による振動が発生する可能性があります。
最適な速度は、これらの競合する要求間の妥協点であり、バランス ポイントは冷却水の化学的性質に応じて変化します。画一的な速度の推奨事項は-すべてに適合-する-ものではありません。
汚れ速度のしきい値
汚れのメカニズムが異なれば、速度依存性も異なります。特定の冷却水の化学的性質に対してどのメカニズムが支配的であるかを理解することで、速度の仕様が決まります。
結晶汚れ-炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、またはシリカの堆積-は、主に速度ではなく温度と濃度によって制御されます。しかし、速度が高くなると熱伝達が改善されるため壁温度が低下し、管表面での結晶化駆動力が減少します。
粒子状の汚れ-浮遊沈泥、腐食生成物、または空中の破片の堆積-は速度に大きく依存します-。臨界速度以下では、粒子は重力によって水平なチューブ表面に沈降します。 PTFE 上で粒子の沈降を防止するための臨界速度は約 0.3 ～ 0.5 m/s であり、滑らかで疎水性の表面により粒子の付着が軽減されるため、金属チューブの場合よりも低くなります。
生物付着-微生物の付着と増殖-は速度に敏感です-。バイオフィルムの形成は、流体せん断応力が微生物フィルムの接着強度を超える、0.8 ～ 1.0 m/s を超える速度で阻害されます。ただし、PTFE は表面エネルギーが低いため、金属表面と比較してバイオフィルムの付着がすでに減少しています。
表 1: 冷却水の種類別の推奨シェル側面速度-
| 冷却水の種類 | 典型的な化学 | 主な汚れのリスク | 推奨速度 (m/s) | 基礎 |
|---|---|---|---|---|
| 川の水を通過すると- | 低い TDS、変動する懸濁物質 | 季節性の粒子状生物付着 | 0.5-0.8 | 沈下を防ぎます。バイオフィルムを和らげる |
| 冷却塔水（低サイクル） | 中程度の TDS、殺生物剤で処理 | スケーリング、若干の生物付着 | 0.6-1.0 | 壁温度の低下によりスケーリングを制御 |
| 冷却塔水（高サイクル） | 高TDS、高硬度 | 重大なスケーリングリスク | 0.8-1.2 | 熱伝達を最大化して壁温度を最小限に抑えます |
| クローズドループ処理水- | 低 TDS、抑制 | 最小限の汚れ | 0.4-0.6 | エネルギー効率が高い。-汚れのリスクが低い |
| 海水（1回通過） | 高い TDS、塩化物、生物活性 | 生物付着、若干のスケーリング | 1.0-1.5 | 高速によりマクロ-汚れの付着を抑制 |
| 汽水 | 可変TDS、硫酸塩 | スケーリング、生物付着 | 0.8-1.2 | スケーリングと汚れの制御の間の妥協 |
PTFE-比速度に関する考慮事項
PTFEチューブは柔軟性があります。シェル側の速度が 1.5 m/s を超えると、流れによる振動によってチューブの動きが励起される可能性があります。{1}振動開始の臨界速度は、サポートされていないチューブのスパンによって異なります。サポート間隔が狭いほど、振動なしで高速化が可能になります。
PTFE 表面は疎水性です。境界層の挙動は親水性金属表面とは異なります。 PTFE-水界面での滑り速度により、滑りのない金属表面と比較して壁せん断応力がわずかに減少します。-実際の効果は、一定の耐汚染性を達成するために必要な速度がわずかに低下することです。
PTFE is not subject to erosion-corrosion in the conventional sense because there is no protective film to remove. However, at very high velocities (>2.5 m/s)、研磨粒子を含む水を使用すると、PTFE 表面の機械的侵食が発生する可能性があります。これは冷却水サービスではまれですが、シルト負荷の高い水源には関係があります。
汚れ防止機能による速度の最適化-
PTFE 熱交換器の設計には、低速での耐汚れ性を高める機能を組み込むことができます。ヘリカル バッフルは旋回流を生成し、セグメント バッフルからの直線の流れより効果的にチューブの表面を磨きます。-旋回流は微粒子の懸濁を維持し、従来のバッフリングで必要とされる速度よりも 20 ～ 30% 低い速度でバイオフィルムの付着を抑制します。
低速機能により、高速設計の耐汚染性を維持しながら、ポンピング エネルギー コストが削減されます。{0}}機器の耐用年数全体にわたって大幅なエネルギーの節約が可能になります。
まとめ
冷却水の化学的性質によって、PTFE シェル-およびチューブ熱交換器の最適なシェル側速度が決まります。{0}推奨範囲は、きれいな閉ループ水の場合は 0.4 m/s、海水の場合は 1.5 m/s です。-速度の選択により、ポンピング エネルギーと振動の制限に対して、微粒子の沈降防止、バイオフィルムの抑制、スケール制御のバランスがとれます。
PTFE の低い表面エネルギーと滑らかな表面は、固有の耐汚染性を提供し、同じサービスで金属交換器に必要な速度よりも 10 ～ 20% 低い速度を可能にします。ヘリカルバッフル設計により、汚れの制御を維持しながら速度要件がさらに軽減されます。
PTFE シェル-および-チューブ熱交換器の速度仕様に関するエンジニアリング推奨事項は、冷却水分析、動作温度範囲、既存の熱交換器の汚れ履歴、利用可能なポンプ容量を提出すると入手できます。
