強制循環ループで PTFE 熱交換器の逆流構成と平行流構成を選択するにはどうすればよいですか?{0}

フロー構成の選択

強制循環ループ内の PTFE シェル-および-チューブ熱交換器は、向流（プロセス流体と蒸気が反対方向に流れる）または平行流（両方が同じ方向に流れる）-で配置できます。構成は、対数平均温度差、熱交換器に沿った温度プロファイル、および最大管壁温度に影響します。

ほとんどの加熱用途では、同じ入口温度と出口温度でより高い LMTD が得られる逆流が推奨されます。{0}プロセス流体は蒸気入口温度に近い温度で排出され、熱回収が最大化されます。ただし、平行流には、チューブ壁の最大温度を制限する必要がある場合に利点があります。-最も熱いプロセス流体が同じ端で最も熱い蒸気と接触するため、壁温度はチューブの長さに沿ってより均一になります。

PTFE 熱交換器の場合、壁の最大温度がクリープ寿命に影響するため、逆流と平行流の選択には、熱性能と機械的寿命との間のトレードオフが関係します。{0}{0}{1}{1}

LMTDの比較

逆流-のLMTDは次のとおりです: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2)、ここでΔT1は一端(蒸気入口-プロセス出口)での温度差、ΔT2はもう一方の端(蒸気出口-プロセス入口)での温度差です。

並列-流れの場合: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2)、ここで、ΔT1 は入口端 (蒸気入口 - プロセス入口) での差であり、ΔT2 は出口端 (蒸気出口 - プロセス出口) での差です。

143 度の 3 barg 飽和蒸気を使用して 20 度から 60 度に加熱されたプロセス流体の場合、逆流の LMTD は約 101 度です。-。平行-の流れの場合、それは約 96 度です。 5% の差は、逆流熱交換器が同じ役割に対して必要な表面積が 5% 少ないことを意味します。-これはささやかではありますが、実質的な利点です。-

PTFE の壁温度の考慮事項

逆流熱交換器では、143 度の蒸気が 60 度のプロセス流体と接触するプロセス出口端で管壁が最も熱くなります。局所的な壁温度は 140 度に近づき、チューブのその部分で高速のクリープが発生します。

平行流交換器では、143 度の蒸気が入口端で 20 度の流入プロセス流体と接触します。大きな温度差により高い熱流束が生じますが、冷たいプロセス流体が管壁をより効果的に冷却するため、壁温度は実際には向流の場合よりも低くなります。-。壁の温度はチューブの長さに沿ってより均一になります-蒸気とプロセス流体の両方が熱交換器を通過するときに一緒に冷却されます。

温度限界近くで動作する PTFE チューブの場合、平行流により最大壁温度が若干低下し、クリープ寿命が延長されます。{0}}ほとんどの用途ではメリットは小さいですが、-壁温度は 5 ～ 10 度低下しますが、PTFE 温度範囲の上限 (150 度以上) で動作する熱交換器の場合、この低下は耐用年数にとって大幅に大きくなる可能性があります。

推奨事項

ほとんどの PTFE 熱交換器用途では、逆流が推奨される構成です。{0} 5% の表面積の利点により、交換器のサイズとコストが削減されます。 2 つの構成間の壁温度の差は、一般的な動作温度 (150 度未満) では小さいです。

蒸気温度が 150 度を超える用途では、クリープ寿命が主な設計制約となるため、平行流を考慮する必要があります。-。壁温度がより均一になると、チューブの最も高温の部分でのピーククリープ速度が低下し、全体の耐用年数が長くなります。必要な表面積のわずかな増加は、チューブの交換間隔が長くなることで正当化されます。

まとめ

-対向流構成は 5% 高い LMTD を実現し、同じ加熱デューティに対して平行流よりも必要な表面積が小さくなります。-ほとんどの PTFE 熱交換器用途に最適です。平行-フローにより、最大管壁温度がわずかに低下し、蒸気温度が 150 度を超えて動作する熱交換器のクリープ寿命を延ばすことができます。この選択により、熱効率と機械的寿命のバランスがとれます。

PTFE 熱交換器の流れ構成の選択に関するエンジニアリング サポートは、プロセス流体の温度、蒸気圧力、および必要な耐用年数を提出すると利用できます。