Il problema del pavimento inclinato
Le vasche di trattamento delle acque reflue, gli addensatori dei fanghi e alcune vasche di placcatura incorporano pavimenti inclinati-tipicamente di 2-5 gradi rispetto al piano orizzontale per dirigere i solidi depositati verso un pozzetto di raccolta. Lo scambiatore di calore installato sopra il pavimento inclinato deve seguire la pendenza del pavimento per mantenere una profondità di immersione e uno spazio libero costanti. Ciò significa che il fascio tubiero non è a livello. L'estremità di ingresso del vapore si trova più in alto dell'estremità di uscita della condensa, o viceversa, a seconda della direzione della pendenza rispetto all'orientamento del collettore.
I collettori standard per scambiatori di calore in PTFE presuppongono un fascio tubiero a livello. I collettori di distribuzione del vapore e di raccolta della condensa sono progettati per avere uguale prevalenza statica su tutti gli attacchi dei tubi. In pendenza, questa ipotesi fallisce. I tubi all'estremità inferiore del collettore subiscono una pressione di guida diversa rispetto ai tubi all'estremità superiore. Risultati di cattiva distribuzione del flusso.
I design personalizzati del collettore compensano la pendenza, garantendo una distribuzione uniforme del vapore e un drenaggio completo della condensa da ogni tubo, indipendentemente dalla sua elevazione lungo il collettore.
La compensazione della distribuzione del flusso
In un collettore orizzontale standard che alimenta più tubi verticali o inclinati, la pressione statica varia con l'elevazione. All'estremità inferiore di un collettore inclinato, la prevalenza statica del vapore nel collettore è maggiore, aumentando la pressione di guida attraverso i tubi a quell'estremità. Nella fascia alta, la prevalenza statica è inferiore, riducendo la pressione di guida. I tubi all'estremità inferiore ricevono più flusso di vapore rispetto ai tubi all'estremità alta.
Lo squilibrio del flusso può essere compensato attraverso diversi approcci progettuali. Un'intestazione rastremata-che riduce la sezione trasversale-dall'estremità superiore a quella inferiore-aumenta la velocità e il recupero della pressione all'estremità inferiore, compensando parzialmente l'effetto della testa statica. In alternativa, i singoli orifizi di ingresso del tubo di diametro variabile-più grandi all'estremità superiore e più piccoli all'estremità inferiore-equalizzano la resistenza al flusso di ciascun percorso del tubo.
Per gli scambiatori in PTFE è preferibile l'approccio con orifizio. Piccoli inserti dell'orifizio in PTFE o PVDF sono montati su ciascuna connessione di ingresso del tubo. I diametri degli orifizi vengono calcolati in base all'elevazione di ciascun collegamento del tubo e al flusso desiderato per tubo. Gli inserti sono sostituibili se le condizioni del processo cambiano.
Tabella 1: Parametri di progettazione del collettore personalizzato per serbatoi con pavimento inclinato (pendenza del pavimento di 5 gradi, lunghezza del collettore di 3 m)
| Parametro di progettazione | Intestazione standard (livello) | Intestazione personalizzata (inclinata) | Metodo di compensazione |
|---|---|---|---|
| Dislivello tra l'intestazione | 0 mm | 262 mm (oltre 3 m a 5 gradi) | – |
| Differenza di prevalenza statica | 0 Pa | ~550 Pa (vapore a 3 barg) | – |
| Variazione di portata senza compensazione | < 5% | 25-35% | – |
| Variazione di flusso con collettore rastremato | – | < 10% | Il diametro della testata si riduce del 20% dalla fascia alta a quella bassa |
| Variazione di flusso con orifizi di ingresso | – | < 5% | 6 dimensioni di orifizio, incrementi di 0,5 mm |
| Design della testata della condensa | Livello; pendenza uniforme | Gradini o inclinati con testata vapore | Corrisponde alle quote di uscita del tubo |
| Variazione della lunghezza del tubo | Uniforme | Aumenta dalla fascia alta a quella bassa fino a 262 mm | Compensa la pendenza del pavimento |
Il progetto di drenaggio della condensa
Il drenaggio della condensa su un pendio presenta ulteriori sfide. Se il collettore della condensa è parallelo al collettore del vapore ed è anche inclinato, la condensa proveniente dai tubi all'estremità superiore deve scorrere in discesa lungo il collettore per raggiungere lo scaricatore di condensa all'estremità inferiore. Il flusso a due fasi nel collettore della condensa (condensa più vapore di evaporazione) può subire rallentamenti in corrispondenza della pendenza effettiva più ripida.
L'approccio preferito è un collettore della condensa a gradini: il collettore è fabbricato in brevi sezioni orizzontali, ciascuna delle quali serve 4-6 tubi, con ciascuna sezione che scarica attraverso un braccio di caduta verso un comune collettore di raccolta della condensa sottostante. Ciò garantisce che ciascun gruppo di tubi dreni orizzontalmente, evitando l'instabilità della pendenza bifase, mentre il collettore di raccolta corre con una pendenza più ripida verso lo scaricatore.
La compensazione della lunghezza del tubo
I tubi all'estremità inferiore del fascio devono essere più lunghi dei tubi all'estremità superiore per mantenere la stessa distanza sopra il pavimento inclinato. La differenza di lunghezza del tubo viene calcolata dall'angolo di pendenza e dalla lunghezza della testata. Per una pendenza di 5 gradi e un collettore di 3 m, la lunghezza del tubo all'estremità inferiore è di circa 262 mm più lunga rispetto all'estremità superiore.
Con lo scambiatore vengono forniti tubi tagliati su misura-di lunghezze graduate. Ogni posizione del tubo è etichettata sulla testata e sul tubo stesso per garantire il corretto assemblaggio. Le lunghezze graduate dei tubi garantiscono una distanza uniforme dal fondo della vasca, evitando accumuli localizzati di fanghi sotto lo scambiatore.
Riepilogo
Sono necessari design personalizzati del collettore per gli scambiatori di calore in PTFE installati sopra i pavimenti inclinati del serbatoio per compensare la variazione della prevalenza statica lungo il collettore che causa una cattiva distribuzione del flusso. I collettori rastremati o gli orifizi di ingresso di dimensioni personalizzate equalizzano il flusso. I collettori della condensa a gradini garantiscono un drenaggio completo senza rallentamenti in due fasi. La lunghezza graduata dei tubi mantiene una distanza uniforme dal pavimento.
Il design personalizzato garantisce che lo scambiatore in PTFE fornisca il pieno funzionamento del riscaldamento senza allagamenti e punti freddi che deriverebbero dall'installazione di un design livellato-standard su un pavimento inclinato.
Il supporto tecnico per la progettazione di scambiatori di calore in PTFE con pavimento inclinato- è disponibile previa presentazione dei requisiti di pendenza del pavimento del serbatoio, lunghezza del collettore, pressione del vapore, numero di tubi e carico termico.
