Underkylningsbalansen
Kondensat lämnar en -ånguppvärmd PTFE-värmeväxlare vid en temperatur under ångmättnadstemperaturen. Denna temperaturskillnad är underkylningsgraden. Om kondensatet släpps ut för varmt-med för lite underkylning-blinkar det till ånga i den nedre-kondensatreturledningen. Flashångan representerar förlorad energi som måste ersättas av pannan. Om kondensatet underkylas för mycket blir kondensatledningen kall och risken för vattenslag från kondenserande ångfickor minskar-men värmeväxlaren kan arbeta med översvämmade rör, vilket minskar den effektiva ytan.
Den optimala underkylningsgraden balanserar dessa konkurrerande faktorer. Det ger tillräckligt med kyla för att minimera snabba ångförluster samtidigt som kondensattemperaturen hålls tillräckligt hög för att säkerställa att värmeväxlarrören inte översvämmas med uppbackat-kondensat.
För PTFE-värmeväxlare skiljer sig det optimala underkylningsområdet något från metalliska växlare eftersom PTFE-rör har lägre termisk massa och reagerar snabbare på förändringar i kondensatnivån.
Flash Steam-mekanismen
Kondensat vid mättnadstemperatur och tryck innehåller känslig värme vid mättnadsentalpin. När detta kondensat passerar genom ångfällan in i en lägre-tryckreturledning, orsakar överskottsentalpin att en del av kondensatet exploderar till ånga. Fraktionen som blinkar är: Flashfraktion=(hf1 - hf2) / hfg2, där hf1 är kondensatentalpin vid uppströmstrycket, hf2 är kondensatentalpin vid nedströmstrycket och hfg2 är latent värme vid nedströmstrycket.
För kondensat som släpps ut från ett 3 barg (143 grader) system till en atmosfärisk returledning (100 grader), är flashfraktionen ungefär 10 %. Ett kilo kondensat ger 0,1 kg flashånga. Denna blixtånga färdas nerför returledningen och ventileras ofta till atmosfären vid kondensatmottagaren. Den förlorade ångan måste ersättas med ytterligare panneldning.
Underkylning av kondensatet innan det passerar genom fällan minskar flashfraktionen. Vid 10 graders underkylning (urladdning vid 133 grader istället för 143 grader) sjunker flashfraktionen till ungefär 6%. Vid 20 graders underkylning sjunker den till 2%.
Tabell 1: Flash Steam och underkylningsrelation (3 barg Steam, Atmospheric Condensate Return)
| Utloppstemperatur för kondensat (grad) | Underkylningsgrad (grad) | Flash Steam-fraktion (%) | Energiförlust (kW per 100 kW drift) | Risk för vattenhammare | Risk för översvämning av rör |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (mättad) | 0 | 10 | 3.5 | Högt (två-flöde i returledningen) | Ingen |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Måttlig | Mycket låg |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Låg | Låg |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Mycket låg | Måttlig |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Ingen | Hög (sannolikt översvämmade rör) |
PTFE-underkylningskontrollmetoden
Underkylning styrs av kondensatavloppsdesignen, inte av en temperaturregulator. En korrekt dimensionerad flottör-och-termostatisk ångfälla upprätthåller en kondensatätning i avloppsledningen samtidigt som kondensatet släpps ut kontinuerligt. Tätningen hindrar levande ånga från att blåsa genom fällan. Den kontinuerliga urladdningen undviker de intermittenta sniglarna som orsakar vattenslag.
Den naturliga underkylningen som uppstår när kondensat rinner ut genom PTFE-värmeväxlarrören och kondensatsamlingsröret ger 5-10 graders underkylning utan extra utrustning. PTFE-rörväggen på kondensatsidan är i kontakt med processvätskan, som har en lägre temperatur än ångan. När kondensat rinner ut längs den här väggen svalnar det.
Om ytterligare underkylning önskas, ger en kort längd av ouppvärmt kondensatrör mellan växlaren och fällan det. Röret fungerar som en värmeväxlare mellan kondensatet och den omgivande luften. För PTFE-system är detta sällan nödvändigt eftersom den naturliga underkylningen på 5-10 grader är nära det optimala.
Vattenhammarens anslutning
Vattenslag i kondensatreturledningar orsakas av att ångfickor kollapsar. När flashånga och underkylt kondensat samexisterar i ett rör, kollapsar ångbubblorna snabbt när de kondenserar. Den kollapsande bubblan skapar ett lokaliserat vakuum som drar omgivande vätska inåt. Effekten av vätskemassorna skapar hammartryckspulsen.
Eliminera flash-ånga genom att bibehålla 10-15 graders underkylning eliminerar källan till ångbubblorna. Kondensatreturledningen flyter som en enfasvätska, som är tyst och mekaniskt godartad. Energiförlusten från flashånga minskar med 50-65 % jämfört med mättad kondensaturladdning.
Sammanfattning
Den optimala kondensatunderkylningsgraden för PTFE värmeväxlare är 10-15 grader. Detta minskar flashångförlusten till 3,5-5,5 % av det totala ångflödet, jämfört med 10 % för mättat utsläpp, samtidigt som rördräneringen bibehålls utan översvämning. Den naturliga underkylningen som uppstår när kondensat rinner ut genom PTFE-rören och samlingsröret ger det mesta av denna underkylning utan extra utrustning.
Underkylning på 10-15 grader eliminerar också vattenslag genom att säkerställa enfas vätskeflöde i kondensatreturledningen. Energibesparingarna från minskad flash-ånga, i kombination med minskat underhåll från eliminering av vattenhammare, ger en snabb avkastning på alla investeringar i optimering av kondensatsystem.
Tekniska rekommendationer för PTFE-värmeväxlarkondensatsystemdesign är tillgängliga vid inlämnande av ångtryck, kondensatretursystemtryck, värmeeffekt och eventuella observerade vattenslag eller höga kondensattemperaturer.
