La realtà dei carri armati congestionati
I serbatoi di processo negli impianti operativi accumulano attrezzature interne nel corso di anni di modifiche. Un albero agitatore passa verticalmente attraverso il centro del serbatoio. I pozzetti termometrici del sensore di temperatura sporgono dalla parete. I pozzetti di calma del sensore di livello occupano un angolo. Le linee di campionamento e i tubi a immersione per l'aggiunta di sostanze chimiche entrano dall'alto. Lo scambiatore di calore-spesso l'ultimo componente interno principale specificato-deve adattarsi allo spazio rimasto.
Uno scambiatore di calore standard in PTFE con lunghezze di tubo uniformi non può adattarsi a questo volume disponibile irregolare. I tubi lunghi che occuperebbero le posizioni termicamente più vantaggiose sono bloccati da ostruzioni. I tubi corti che si adattano agli spazi disponibili lasciano zone morte non riscaldate altrove.
Lo scaglionamento della lunghezza personalizzata dei tubi-variando la lunghezza dei singoli tubi all'interno del fascio per adattarli allo spazio libero disponibile in ciascuna posizione del tubo-massimizza la superficie di trasferimento del calore che può essere installata in un serbatoio congestionato. Ogni tubo è lungo quanto la sua specifica collocazione lo consente, riempiendo con la superficie riscaldante il volume disponibile fino al limite di ostruzione.
Il processo di mappatura degli ostacoli
Prima di progettare il fascio tubiero sfalsato, viene creata una mappa spaziale dettagliata di tutti gli interni del serbatoio. La mappa definisce le zone di esclusione attorno a ciascuna ostruzione-il volume fisico in cui i tubi dello scambiatore di calore non devono entrare. Le zone di esclusione includono l'ostruzione stessa più un margine di spazio libero per l'espansione termica, le vibrazioni e la tolleranza di installazione.
Il margine di spazio libero per le ostruzioni in movimento (albero dell'agitatore, girante) comprende l'intero intervallo di movimento più un margine per la deflessione dell'albero sotto carico. Il margine di spazio libero per le ostruzioni fisse (pozzetti termometrici, deflettori) è generalmente di 25-50 mm.
Il volume rimanente-l'interno del serbatoio meno tutte le zone di esclusione-è l'involucro disponibile per lo scambiatore di calore. All'interno di questo involucro, a ciascun tubo viene assegnata una lunghezza che massimizza la superficie di trasferimento del calore rispettando tutti i confini della zona di esclusione. I tubi che passano vicino all'albero dell'agitatore sono più corti. I tubi nelle zone non ostruite sono più lunghi.
Tabella 1: Parametri di scaglionamento della lunghezza del tubo per serbatoio congestionato (diametro 3 m, profondità 2,5 m, agitatore centrale)
| Posizione del tubo | Prossimità di ostruzione | Lunghezza massima consentita (mm) | Lunghezza effettiva specificata (mm) | Area superficiale rispetto a progettazione uniforme (%) |
|---|---|---|---|---|
| Fila 1, tubi 1-5 (vicino al muro) | Nessun ostacolo | 2,400 | 2,350 | +18% (più lungo del minimo uniforme) |
| Riga 2, tubi 6-10 | Pozzetto termometrico del sensore sul tubo 8 | 2.400 (Tubi 6,7,9,10); 1.800 (metropolitana 8) | 2,350; 1,750 | Varia in base alla posizione |
| Riga 3, tubi 11-15 | Zona albero agitatore | 1,200-1,600 | 1,150-1,550 | +40% (più corto dell'uniforme ma più lungo di quanto l'esclusione consentirebbe se uniforme) |
| Fila 4, Tubi 16-20 (parete opposta) | Nessun ostacolo | 2,400 | 2,350 | +18% |
| Superficie totale di scambio termico | – | – | – | +12% di superficie in più rispetto al design di-lunghezza uniforme adatto allo stesso serbatoio |
Il vantaggio in termini di prestazioni termiche
Un fascio di lunghezza uniforme-progettato per adattarsi alla posizione più ristretta-i tubi vicino all'albero dell'agitatore-avrebbe tutti i tubi tagliati alla lunghezza minima richiesta. Ciò lascerebbe un notevole volume inutilizzato nelle zone non ostruite. La superficie totale di trasferimento del calore sarebbe significativamente inferiore rispetto alla progettazione sfalsata.
Il design sfalsato recupera questa superficie perduta consentendo a ciascun tubo di estendersi fino a quando la sua posizione specifica lo consente. La superficie aggiuntiva migliora direttamente la capacità di riscaldamento o riduce la pressione del vapore richiesta, offrendo un vantaggio in termini di prestazioni termiche senza aumentare l'ingombro dello scambiatore.
Le lunghezze sfalsate dei tubi distribuiscono inoltre il calore in modo più efficace in tutto il serbatoio. Tubi più lunghi nelle zone esterne senza ostacoli compensano la lunghezza ridotta del tubo vicino all'agitatore centrale, mantenendo una distribuzione dell'apporto di calore più uniforme rispetto a un design uniforme a tubi corti-.
I requisiti di fabbricazione e assemblaggio
Un fascio tubiero a lunghezza sfalsata- richiede che ciascun tubo venga tagliato alla sua lunghezza specifica e identificato in base alla posizione nel fascio. Una mappa dei tubi-un disegno che mostra la posizione di ciascun tubo con la lunghezza assegnata-guida la fabbricazione e l'assemblaggio. Ogni tubo è etichettato con il proprio identificatore di posizione utilizzando un metodo di marcatura permanente compatibile con la chimica del processo.
Durante il montaggio i tubi etichettati vengono inseriti nelle piastre di supporto nelle posizioni designate. I collettori sono progettati per accogliere lunghezze variabili dei tubi, con collegamenti dei tubi posizionati in modo da corrispondere ai punti terminali di ciascun tubo. Le lunghezze sfalsate non complicano il disegno della testata; i raccordi a compressione standard accettano qualsiasi lunghezza di tubo.
Riepilogo
Lo sfalsamento della lunghezza personalizzata dei tubi massimizza la superficie di trasferimento del calore nei serbatoi con ostruzioni interne complesse variando le lunghezze dei singoli tubi per adattarli allo spazio libero disponibile in ciascuna posizione. La progettazione sfalsata recupera l'area superficiale che una progettazione di lunghezza uniforme- sacrificherebbe, migliorando in genere la superficie totale del 10-20% in serbatoi moderatamente congestionati.
La mappatura dettagliata degli ostacoli con margini di sicurezza adeguati definisce l'involucro disponibile. Una mappa dei tubi guida la fabbricazione e l'assemblaggio, con ciascun tubo tagliato nella sua posizione-lunghezza specifica e identificato per il corretto posizionamento.
Il supporto tecnico per la progettazione di scambiatori di calore in PTFE a lunghezza sfalsata- è disponibile previa presentazione dei disegni della disposizione interna del serbatoio, delle dimensioni e delle posizioni delle ostruzioni, dei requisiti di spazio libero e delle specifiche del funzionamento del riscaldamento.
