サブクールバランス
凝縮水は、蒸気飽和温度未満の温度で蒸気で加熱された PTFE 熱交換器から出ます。{0}この温度差が過冷却度です。過冷却が少なすぎて-熱すぎる凝縮水が排出されると-、低圧の凝縮水戻りライン内でフラッシュして蒸気になります。-フラッシュ蒸気は、ボイラーによって置き換えられる必要がある損失エネルギーを表します。凝縮水が過冷却されすぎると、凝縮水ラインが冷たくなり、蒸気ポケットの凝縮によるウォーターハンマーのリスクが減少します。-しかし、熱交換器が浸水したチューブで動作している可能性があり、有効表面積が減少します。
最適な過冷却度は、これらの競合する要素のバランスをとります。フラッシュ蒸気損失を最小限に抑えるのに十分な冷却を提供するとともに、熱交換器のチューブがバックアップされた凝縮水で浸水しないように凝縮水の温度を十分に高く維持します。-
PTFE 熱交換器の場合、PTFE チューブは熱質量が低く、凝縮水レベルの変化により速く反応するため、最適な過冷却範囲は金属熱交換器とは若干異なります。
フラッシュスチームの仕組み
飽和温度および飽和圧力の凝縮物には、飽和エンタルピーの顕熱が含まれています。この凝縮水がスチーム トラップを通過して低圧の戻りラインに入るとき、過剰なエンタルピーにより凝縮水の一部が蒸発して蒸気になります。フラッシュする割合は次のとおりです。フラッシュ割合=(hf1 - hf2) / hfg2、ここで、hf1 は上流圧力での凝縮水エンタルピー、hf2 は下流圧力での凝縮水エンタルピー、hfg2 は下流圧力での潜熱です。
3 barg (143 度 ) システムから大気戻りライン (100 度 ) に排出される凝縮水の場合、フラッシュ率は約 10% です。 1 kg の凝縮水から 0.1 kg のフラッシュ蒸気が生成されます。このフラッシュ蒸気は戻りラインを下って移動し、多くの場合、凝縮水受け器で大気中に排出されます。失われた蒸気は追加のボイラー点火によって置き換える必要があります。
凝縮液がトラップを通過する前に過冷却すると、フラッシュ分率が減少します。 10 度の過冷却 (143 度ではなく 133 度で放電) では、フラッシュ率は約 6% に低下します。 20 度の過冷却では 2% に低下します。
表 1: フラッシュ蒸気と過冷却の関係 (3 barg 蒸気、大気凝縮水戻り)
| ドレン排出温度 (度) | 過冷却度 (度) | フラッシュ蒸気の割合 (%) | エネルギー損失 (100 kW デューティあたりの kW) | ウォーターハンマーのリスク | 管の浸水リスク |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (飽和) | 0 | 10 | 3.5 | 高（戻りラインの二相流）- | なし |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | 適度 | 非常に低い |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | 低い | 低い |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | 非常に低い | 適度 |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | なし | 高 (チューブが浸水している可能性があります) |
PTFE過冷却制御法
過冷却は、温度コントローラーではなく、凝縮水の排水設計によって制御されます。適切なサイズのフロート-と-サーモスタット スチーム トラップにより、ドレン ライン内の凝縮水シールが維持され、同時に凝縮水が継続的に排出されます。シールは、生蒸気がトラップを通過するのを防ぎます。連続吐出によりウォーターハンマーの原因となる断続的なスラッグを回避します。
凝縮水が PTFE 熱交換器チューブと凝縮水ヘッダーを通って排出されるときに発生する自然な過冷却により、追加の装置を必要とせずに 5 ～ 10 度の過冷却が実現されます。凝縮水側の PTFE チューブ壁は、蒸気よりも低い温度のプロセス流体と接触しています。凝縮水がこの壁に沿って排出されると、冷却されます。
追加の過冷却が必要な場合は、熱交換器とトラップの間の短い長さの非加熱凝縮水配管により過冷却が可能になります。パイプは凝縮水と周囲空気の間の熱交換器として機能します。 PTFE システムの場合、5 ～ 10 度の自然過冷却が最適に近いため、これが必要になることはほとんどありません。
ウォーターハンマーの関係
復水戻りラインにおけるウォーターハンマーは、蒸気ポケットの崩壊によって引き起こされます。フラッシュ蒸気とサブクールドレンが配管内に共存すると、蒸気の泡は凝縮するにつれて急速に崩壊します。泡の崩壊により局所的な真空が生じ、周囲の液体が内部に引き込まれます。液体の塊の衝撃によりハンマー圧力パルスが発生します。
10-15 度の過冷却を維持することでフラッシュ蒸気を排除し、蒸気泡の発生源を排除します。凝縮水戻りラインは単相液体として流れ、音もなく機械的にも問題ありません。フラッシュ蒸気からのエネルギー損失は、飽和凝縮水の排出と比較して 50 ～ 65% 削減されます。
まとめ
PTFE 熱交換器の最適な凝縮水過冷却度は 10 ～ 15 度です。これにより、フラッシュ蒸気損失が総蒸気流量の 3.5 ～ 5.5% に減少します (飽和排出の場合は 10%)。同時に、浸水することなくチューブの排水を維持します。凝縮水が PTFE チューブとヘッダーを通って排出されるときに発生する自然な過冷却により、追加の機器を使用せずにこの過冷却のほとんどが実現されます。
10-15 度の過冷却により、凝縮水戻りライン内の単相液体の流れが確保されるため、ウォーター ハンマーも排除されます。フラッシュ蒸気の削減によるエネルギーの節約と、ウォーターハンマーの除去によるメンテナンスの削減とを組み合わせることで、凝縮水システムの最適化への投資を迅速に回収できます。
PTFE 熱交換器の凝縮水システム設計に関する技術的な推奨事項は、蒸気圧力、凝縮水戻りシステムの圧力、熱負荷、および観察されたウォーター ハンマーまたは高い凝縮水温度を提出すると入手できます。
