Un impianto chimico deve aggiungere capacità di raffreddamento a un recipiente esistente, ma lo spazio disponibile è un involucro cilindrico fisso, corto e largo. Non è possibile ospitare un fascio di scambiatori di calore in PTFE a tubi lunghi-convenzionali. Il carico termico deve quindi essere compresso in una geometria vincolata, simile all'inserimento di un motore di grandi dimensioni in un telaio compatto senza modificare l'involucro esterno.
Vincoli di lunghezza del tubo nella progettazione di scambiatori in PTFE retrofit
Nell'alunghezza tubo PTFE scambiatore vaso esistente retrofit, il vincolo progettuale fondamentale è geometrico piuttosto che termico. Il recipiente disponibile definisce una lunghezza massima del tubo che non può essere superata, il che limita direttamente l'area di trasferimento del calore per tubo.
Poiché il carico termico totale è proporzionale all’area di trasferimento del calore, e l’area è una funzione di:
Superficie esterna del tubo
Lunghezza del tubo
Numero di tubi
una riduzione della lunghezza del tubo deve essere compensata da un aumento del numero di tubi.
Aumento del numero di tubi e dello scambio del diametro del guscio-Sconto
Quando la lunghezza dei tubi è limitata, le prestazioni termiche vengono mantenute aumentando il numero di tubi all'interno del fascio. Questo approccio progettuale porta ad una conseguenza naturale: il diametro del guscio deve aumentare per accogliere la maggiore densità del tubo.
La configurazione risultante è caratterizzata da:
Lunghezza del tubo più corta
Diametro del guscio maggiore
Conteggio di tubi più elevato per sezione trasversale-del fascio
Il design si abbassa e si gonfia, scambiando la lunghezza assiale con la densità dell'imballaggio radiale.
Sebbene un diametro del guscio maggiore aumenti il costo del materiale, questo è spesso compensato dalla spesa molto più elevata associata a:
Modifica della nave
Riposizionamento esterno dello scambiatore
Reindirizzamento delle tubazioni di processo
Negli scenari di retrofit, la riprogettazione dello scambiatore è in genere il percorso più economico.
Ottimizzazione del flusso con passaggi multipli del tubo
I tubi più corti riducono la caduta di pressione-sul lato del tubo per ogni passaggio. Ciò fornisce flessibilità di progettazione per aumentare il numero di passaggi del tubo, comunemente da 1–2 fino a 4 o più.
Aumentare il numero di passaggi aiuta a mantenere:
Velocità laterale del tubo-adeguata
Miglioramento della turbolenza e del coefficiente di trasferimento del calore
Rischio ridotto di degradazione del flusso laminare
Tuttavia, il partizionamento dei passaggi deve essere attentamente bilanciato per evitare un’eccessiva cattiva distribuzione.
Pacchetto U-Tube come strategia di ottimizzazione spaziale
La configurazione del tubo AU-fornisce una soluzione aggiuntiva per installazioni-con spazio limitato. In questa disposizione, ciascun tubo è ripiegato su se stesso, consentendo di fissare entrambe le estremità in un'unica piastra tubiera.
I vantaggi includono:
Maggiore superficie di trasferimento del calore con una lunghezza assiale ridotta
Sistemazione della dilatazione termica senza giunti di dilatazione aggiuntivi
Riduzione della lunghezza del guscio richiesta per lo stesso servizio
Per unlunghezza tubo PTFE scambiatore vaso esistente retrofit, il design del tubo a U-può aumentare significativamente l'area effettiva di trasferimento del calore all'interno di un ingombro limitato.
Tuttavia, è necessario rispettare i vincoli meccanici:
È necessario mantenere il raggio di curvatura minimo per evitare deformazioni o attorcigliamenti del PTFE
La sollecitazione del tubo deve rimanere entro i limiti consentiti in caso di cicli termici
Le tolleranze di fabbricazione devono garantire una distribuzione uniforme del flusso su entrambe le gambe del tubo a U-
Vincoli di installazione e manutenzione
Anche una volta raggiunte le prestazioni termiche, l’accessibilità meccanica rimane un fattore determinante. Il diametro del guscio allargato deve comunque soddisfare:
Limitazioni all'ingresso nel passo d'uomo della nave
Vincoli di sollevamento e inserimento della gru
Requisiti futuri per l'autorizzazione alla rimozione dei pacchetti
La mancata considerazione di questi vincoli può portare a un progetto termicamente corretto ma meccanicamente inutilizzabile.
Equilibrio della progettazione nelle applicazioni di retrofit
La progettazione del retrofit dello scambiatore in PTFE è intrinsecamente un problema di ottimizzazione multi-variabile che coinvolge:
Vincoli di lunghezza del tubo imposti dalla geometria del vaso
Obbligo di trasferimento di calore
Limitazioni alla caduta di pressione
Fattibilità dell'installazione meccanica
Il software di progettazione termica viene generalmente utilizzato per scorrere questi vincoli fino a quando non viene identificata una configurazione fattibile.
Conclusione
Selezionare la lunghezza del tubo per uno scambiatore in PTFE all'interno di un serbatoio esistente è una classica sfida di retrofit dell'imballaggio termico. Quando lo spazio assiale è limitato, l'area di trasferimento del calore viene preservata aumentando il numero di tubi, espandendo il diametro del guscio e, facoltativamente, implementando una configurazione del tubo a U-.
Il risultato è uno scambiatore più corto, più grosso e talvolta ripiegato che massimizza le prestazioni termiche entro rigorosi limiti geometrici.
Uno scambiatore in PTFE-progettato su misura può essere adattato a quasi tutti gli involucri di installazione, a condizione che i vincoli termici, idraulici e meccanici siano bilanciati come un problema di progettazione unificato.
