Il calo della temperatura notturna
Un serbatoio di processo viene mantenuto a 50 gradi durante la notte con lo scambiatore di calore in PTFE funzionante a carico molto basso-la valvola di controllo del vapore è appena aperta e il flusso di vapore è il 5-10% del flusso a pieno carico. Le registrazioni del controller della temperatura del serbatoio mostrano uno schema a dente di sega: la temperatura scende fino a 47 gradi in 20-30 minuti, poi torna improvvisamente a 50 gradi, quindi scende di nuovo. Il ciclo si ripete durante la notte.
La causa è il blocco del vapore-una condizione con un flusso di vapore molto basso in cui l'interfaccia del vapore-condensa diventa instabile. Un tappo di condensa blocca il tubo impedendo l'ingresso del vapore. Il tubo si raffredda. Alla fine il tappo della condensa si libera (per drenaggio per gravità o per un leggero aumento di pressione) e il vapore scorre all'interno, riscaldando rapidamente il tubo. La temperatura del serbatoio aumenta. Quindi la condizione di flusso basso si ristabilisce-, il tappo della condensa si riforma-e il ciclo si ripete.
Il blocco del vapore è specifico per le condizioni di flusso-basso. Non si verifica con carichi operativi normali in cui la velocità del vapore è sufficiente a mantenere la condensa in movimento continuo.
Il meccanismo di blocco del vapore
A portate di vapore molto basse, la velocità del vapore nei tubi è di pochi metri al secondo o meno. A queste basse velocità, il vapore non può mantenere il regime di flusso stratificato in cui il vapore scorre sopra uno strato di condensa che drena dolcemente. La condensa viene invece scaricata in modo intermittente. Si forma un grumo di condensa che blocca il tubo e interrompe il flusso di vapore. La pressione del vapore a monte dello spezzone aumenta lentamente. Quando la pressione supera la prevalenza statica del residuo più la pressione di apertura della trappola, il residuo viene espulso. Il vapore scorre attraverso il tubo vuoto, si condensa rapidamente e la condensa ricomincia ad accumularsi.
La durata del ciclo dipende dal diametro del tubo, dal carico di condensa e dalla pressione del vapore. Per un tubo con diametro interno di 10 mm a 1 barg di vapore e un carico di condensa di 0,1 kg/h, il periodo del ciclo potrebbe essere di 20-30 minuti. Ciò corrisponde al periodo di oscillazione della temperatura osservato.
| Parametro blocco vapore | Carico normale (50%) | Carico basso (5-10%) |
|---|---|---|
| Velocità del vapore (m/s) | 8-12 | 1-3 |
| Regime di flusso | Stratificato (stabile) | Slug intermittente (instabile) |
| Drenaggio della condensa | Continuo | Accumulazione ed espulsione ciclica |
| Controllo della temperatura | Stabile ±1 grado | Oscillante ±3-5 gradi |
| Blocco del vapore? | NO | SÌ |
La conferma diagnostica
La diagnosi viene confermata osservando la portata del vapore (o la posizione della valvola di controllo) durante l'oscillazione. Se il flusso di vapore circola in sincronia con l'oscillazione della temperatura-il flusso si arresta quando la temperatura scende, quindi aumenta quando la temperatura si ripristina-la causa è il blocco del vapore.
Un aumento temporaneo del setpoint della pressione del vapore, che aumenta la velocità del vapore, dovrebbe eliminare l'oscillazione. Se la temperatura si stabilizza alla pressione più alta, viene confermato il blocco del vapore. La velocità più elevata mantiene il regime di drenaggio continuo.
Le soluzioni correttive
Diverse soluzioni affrontano il blocco del vapore a bassi carichi. Uno scaricatore di condensa più piccolo con prestazioni a basso-carico migliori gestisce il flusso di condensa ridotto senza lo scarico batch che contribuisce al ciclo. È preferibile una trappola galleggiante-e-termostatica con una capacità minima bassa.
Un regolatore della pressione del vapore che riduce la pressione del vapore durante i periodi di basso-carico può fornire un controllo migliore rispetto alla limitazione del flusso di vapore. A pressione ridotta, la velocità del vapore è maggiore (perché il volume specifico è maggiore a parità di portata massica), mantenendo il regime di flusso stabile.
Una piccola linea di bypass attorno alla valvola principale di controllo del vapore, con una valvola a spillo per impostare un flusso minimo di vapore, garantisce che la velocità del vapore non scenda mai al di sotto del valore critico, anche quando la richiesta di processo è pari a zero. Il bypass fornisce un flusso minimo continuo che impedisce il blocco del vapore.
Riepilogo
Il blocco intermittente del vapore in uno scambiatore di calore in PTFE durante il funzionamento notturno a basso-carico è causato dall'accumulo ed espulsione ciclica di condensa a velocità del vapore molto basse. La temperatura oscilla con un periodo di 20-30 minuti. La diagnosi viene confermata correlando l'oscillazione della temperatura con il flusso di vapore e eliminando l'oscillazione a una pressione del vapore più elevata. Le soluzioni correttive includono uno scaricatore di vapore a basso-flusso migliore, una strategia di controllo-di riduzione della pressione o un bypass a flusso minimo.
Il supporto tecnico per il funzionamento dello scambiatore di calore in PTFE a basso-carico è disponibile previa presentazione dei dati sull'andamento della temperatura notturna, sulla pressione del vapore, sulle specifiche dello scaricatore e sulle caratteristiche della valvola di controllo.
