รูปแบบเค้าโครงท่อ (สามเหลี่ยมเทียบกับสี่เหลี่ยมจัตุรัส) มีอิทธิพลต่อเชลล์-การไหลด้านข้างและการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยน PTFE อย่างไร

เมื่อของไหลด้านเปลือก-ไหลผ่านกลุ่มท่อ PTFE รูปแบบของท่อที่เรียกว่ารูปแบบ "พิตช์" จะส่งผลต่อว่าการไหลซิกแซกจะปั่นป่วนหรือไหลโดยมีความต้านทานน้อยลง การเลือกเค้าโครงเป็นการตัดสินใจในการปฏิบัติงานขั้นพื้นฐาน-และยาวนาน วิศวกรที่กำลังพัฒนาหรือระบุเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE จำเป็นต้องคำนึงถึงการแลกเปลี่ยน-ระหว่างรูปแบบสามเหลี่ยมและรูปแบบพิทช์สี่เหลี่ยมเพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนกับ-การบำรุงรักษาในระยะยาว

เรขาคณิตของการจัดเรียงท่อ
รูปแบบโครงร่างท่อถูกอธิบายว่าเป็นตำแหน่งของศูนย์กลางท่อที่สัมพันธ์กับทิศทางการไหลที่ด้านเปลือก การจัดเรียงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือระยะพิทช์สามเหลี่ยม (รวมถึงรูปสามเหลี่ยมที่หมุนแล้ว) และระยะพิทช์สี่เหลี่ยม (รวมถึงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่หมุนด้วย) ในทุกสถานการณ์ ระยะพิทช์ของท่อ--ระยะห่างจากศูนย์กลางถึงกึ่งกลางระหว่างท่อที่อยู่ติดกัน โดยปกติจะอยู่ที่ 1.25 ถึง 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ ระยะห่างได้รับการออกแบบเพื่อให้มีความแข็งแรงเชิงกลที่เหมาะสม เพื่อป้องกันการสัมผัสของท่อ และเพื่อให้ของไหลไหลผ่านมัดจากด้านของเปลือก

สนาม ( เซ ) สามเหลี่ยม
ในระยะพิทช์สามเหลี่ยม แต่ละท่อในแถวที่สองจะเซไปครึ่งหนึ่งจากแถวแรก สิ่งนี้นำไปสู่รูปแบบที่เซเพื่อให้เส้นทางการไหลไม่เป็นเส้นตรงตลอดทั้งมัด ของเหลวด้านเปลือก-ถูกบังคับให้งูระหว่างท่อ และเปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่อง

คุณสมบัติที่สำคัญ:

ท่อมากขึ้นต่อหน่วยของหน้าตัดของเปลือก- (ความหนาแน่นของท่อสูงกว่า)

ความปั่นป่วนในการไหลมากขึ้น

แรงดันตกด้านข้างของเปลือก-เพิ่มขึ้น

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มากขึ้น

สนามทรงสี่เหลี่ยม (อินไลน์)
ท่ออยู่ในระยะพิทช์สี่เหลี่ยม จัดเรียงเป็นแถวและเสา สร้างทางเดินหรือเลนตรงไปในทิศทางของการไหลด้านข้างของเปลือก- ของไหลสามารถทะลุผ่านข้อความเหล่านี้ได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง

คุณสมบัติที่สำคัญ:

ความหนาแน่นของท่อลดลง (ท่อน้อยลงสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือกเท่ากัน)

ความปั่นป่วนกับการไหลลดลง

แรงดันตกด้านล่างของเปลือกด้านล่าง

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำกว่า (สำหรับอัตราการไหลของมวลที่ใกล้เคียงกัน)

ช่องทางสำหรับทำความสะอาดเครื่องจักรพร้อมทางเข้าโดยตรง

ผลของเชลล์-การไหลด้านข้างและการถ่ายเทความร้อน
ระยะพิทช์สามเหลี่ยมจะทำลายชั้นขอบเขตแบบราบเรียบและทำให้เกิดการปะปนกันอย่างต่อเนื่อง ของไหลไม่ได้เคลื่อนที่เป็นกระแสน้ำเรียบ แต่จะกระแทก แยกตัว และติดกลับเข้ากับท่อ การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายดังกล่าวจะเพิ่มการส่งผ่านความร้อนโดยการพาความร้อนที่พื้นผิวท่อ สำหรับอัตราการไหลที่กำหนดในด้านเปลือก ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของมัดระดับพิทช์สามเหลี่ยม-อาจสูงกว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน-ระดับพิตช์สี่เหลี่ยมเท่ากันได้ 20–30%

ด้านลบคือแรงดันตก ความปั่นป่วนที่เพิ่มการส่งผ่านความร้อนยังใช้พลังงานการสูบอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานหลายอย่างของเครื่องแลกเปลี่ยน PTFE ซึ่งของเหลวข้างเปลือก-มักเป็นน้ำ ไอน้ำ หรือตัวกลางทำความเย็นที่สะอาด การสูญเสียแรงดันที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็นที่ยอมรับได้

เค้าโครงเชิงเส้นช่วยรักษาช่องทางการไหลที่สะอาดในระยะพิทช์สี่เหลี่ยม ของไหลที่ด้านข้างของเปลือกจะเร่งตัวขึ้นในช่องว่างแคบๆ ระหว่างท่อ แต่การไหลจะมีลักษณะเป็นชั้นบางหรือเป็นชั้นเปลี่ยนผ่านมากกว่าโดยมีการผสมข้าม-น้อยกว่า ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านความร้อนลดลง สำหรับงานระบายความร้อนที่เท่ากัน ชุดระยะพิทช์สี่เหลี่ยม-อาจต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือกใหญ่กว่าหรือความยาวของท่อยาวกว่า

การเปรียบเทียบความหนาแน่นของท่อ
ที่ระยะพิทช์สามเหลี่ยม คุณสามารถมีท่อเพิ่มขึ้นประมาณ 15% ในเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือกเท่ากันกับที่ระยะพิทช์สี่เหลี่ยม นี่เป็นผลมาจากประสิทธิภาพของการบรรจุ สำหรับตัวแลกเปลี่ยน PTFE ผนังท่อมักจะค่อนข้างหนาและมีค่าการนำความร้อนต่ำ (เมื่อเทียบกับท่อโลหะ) ดังนั้นการเพิ่มจำนวนท่อให้สูงสุดจึงมักเป็นที่ต้องการเพื่อชดเชยความต้านทานความร้อนโดยธรรมชาติของ PTFE รูปแบบสามเหลี่ยมเพิ่มพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนโดยไม่เพิ่มขนาดเปลือก

การเข้าถึงการทำความสะอาดกลไก ปัญหาสำคัญระยะยาว
ข้อพิจารณาสำคัญในระยะยาวคือการเข้าถึงการทำความสะอาด ความสามารถในการขจัดคราบสกปรกออกจากด้านเปลือกของเครื่องแลกเปลี่ยนจะกำหนดว่าเครื่องสามารถคืนประสิทธิภาพกลับคืนสู่ประสิทธิภาพเดิมได้หรือไม่หลังจากใช้งานหลายเดือนหรือหลายปี

ในระยะพิทช์รูปสามเหลี่ยม รูปทรงที่เซไม่อนุญาตให้มีแนวสายตาที่ตรงและไม่ถูกบดบังตลอดทั้งมัด อุปกรณ์ทำความสะอาดเชิงกล เช่น ทวนแบบหมุน เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง หรือแปรงลวด ไม่สามารถป้อนเข้าระหว่างท่อได้ สำหรับชุดระดับพิตช์สามเหลี่ยม- วิธีเดียวที่จะทำความสะอาดได้คือการทำความสะอาดด้วยสารเคมี (กรดที่หมุนเวียน ตัวทำละลาย หรือผงซักฟอก) การทำความสะอาดด้วยสารเคมีมีประสิทธิภาพในการกำจัดคราบสกปรกหลายประเภท (ตะกรัน สิ่งสะสมอินทรีย์ ตะกอนเบา) แต่คราบสะสมที่แข็งกระด้างหรือที่ไม่ละลายในสารเคมีที่ปลอดภัยอาจได้รับการรักษาได้สำเร็จน้อยกว่า

ระยะพิทช์สี่เหลี่ยมทำให้เข้าถึงได้ชัดเจนด้วยทางเดินตรงระหว่างแถวท่อ ทวนทำความสะอาดแบบกลไกอาจวิ่งผ่านด้านเปลือก โดยปกติจะมาจากปลายช่องที่ถอดออกได้ เพื่อระเบิดหรือปัดเศษที่สะสมออกจากท่อ ระยะพิทช์สี่เหลี่ยมเป็นตัวเลือกเริ่มต้นเมื่อทราบว่า-ของเหลวด้านเปลือกจะเหม็นอย่างมาก- เช่น น้ำหล่อเย็นที่ไม่สะอาด กระแสกระบวนการโพลีเมอไรซ์ หรือของเหลวที่มีอนุภาคแขวนลอยที่อบบนพื้นผิว

การใช้งานในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ใน PTFE
สำหรับบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ด้านท่อ (ของเหลวภายในท่อ) โดยทั่วไปแล้วจะระบุตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ท่อ PTFE ทนทานต่อความเสียหายจากกรดแก่ ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์ ในโรงงานหลายแห่ง ด้านข้างของเปลือกจะลำเลียงของเหลวที่สะอาด เช่น น้ำหล่อเย็น ไอน้ำ หรือน้ำมันถ่ายเทความร้อน ความเปรอะเปื้อนมีน้อยเนื่องจากของเหลวด้านข้างเปลือก-โดยทั่วไปจะสะอาด เป็นผลให้ระยะพิทช์สามเหลี่ยมแพร่หลายในเครื่องแลกเปลี่ยน PTFE ปรับปรุงประสิทธิภาพโดยตรงด้วยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น และเพิ่มความหนาแน่นของท่อโดยไม่ต้องเสียค่าทำความสะอาด

อย่างไรก็ตาม มีปัญหาอื่นเกิดขึ้นเมื่อของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือเปรอะเปื้อนต้องอยู่ที่ด้านเปลือก สิ่งนี้เกิดขึ้นในการเตรียมการกระบวนการบางอย่าง -- เช่น โดยที่ด้านเปลือกต้องเปิดเพื่อตรวจสอบ หรือในกรณีที่ด้านท่อสงวนไว้สำหรับของเหลวที่สะอาดเพื่อลดแรงดันตกคร่อม หากของเหลวข้างเปลือกทำฟาวล์ ให้ใช้ระยะพิทช์เป็นสี่เหลี่ยมอย่างยิ่ง การสูญเสียประสิทธิภาพการระบายความร้อนจะถูกชดเชยด้วยความสามารถในการทำความสะอาดด้านนอกของท่อ PTFE ด้วยกลไกในระหว่างที่การหยุดซ่อมบำรุงประจำปี

การแลกเปลี่ยนโดยสรุป
คุณสมบัติสนามสามเหลี่ยม Pitch Square
ความหนาแน่นของท่อสูงขึ้น (ท่อเพิ่มขึ้น ~15%) ลดลง
ความปั่นป่วนด้านเปลือกหอยสูง (ไหลเซ) ต่ำถึงปานกลาง (เลนคู่ขนาน)
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงขึ้นต่ำ
แรงดันด้านข้างของเชลล์ลดลงสูงขึ้นต่ำลง
ทางเข้าทำความสะอาดกลไกไม่มี (ทำความสะอาดด้วยสารเคมีเท่านั้น) ดี (ช่องทางเข้าถึงโดยตรง)
การใช้งานปกติของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFEของเหลวทำความสะอาด (น้ำ ไอน้ำ น้ำมัน) ที่ด้านเปลือก การเปรอะเปื้อนของเปลือก-ของไหลด้านข้าง
ในความเป็นจริง การเลือกระหว่างระยะพิทช์สามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมสำหรับรูปแบบเค้าโครงท่อแลกเปลี่ยน PTFE เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสามเหลี่ยมนั้นไม่ค่อยเป็นเรื่องของอำนาจสูงสุดอย่างแท้จริง มันเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างประสิทธิภาพกับการบำรุงรักษา รูปทรงสามเหลี่ยมช่วยให้ตัวแลกเปลี่ยนมีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการทำงานด้านข้างที่สะอาด- รูปแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะลดประสิทธิภาพการระบายความร้อนลงเล็กน้อยเพื่อให้กลับมามีประสิทธิภาพอีกครั้งโดยใช้หอกหรือแปรงสำหรับบริการที่เปรอะเปื้อน

ผลกระทบของโครงร่างต่อต้นทุนวงจรชีวิตของตัวแลกเปลี่ยน PTFE
นอกเหนือจากปัญหาด้านความร้อนและไฮดรอลิกที่เกิดขึ้นในทันที รูปแบบโครงร่างท่อยังส่งผลต่อต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของอีกด้วย เครื่องแลกเปลี่ยนระยะพิทช์รูปสามเหลี่ยม-อาจมีต้นทุนแรกถูกกว่า (เปลือกเล็กกว่าสำหรับพื้นที่ผิวเดียวกัน) และพลังงานในการทำงานต่ำกว่า (ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนดีขึ้น) แต่หากการฟาล์วด้านเปลือกและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีไม่ช่วยคืนประสิทธิภาพ อาจจำเป็นต้องเปลี่ยนหน่วยก่อนเวลาอันควร ในทางกลับกัน เครื่องแลกเปลี่ยนสนามสี่เหลี่ยมจัตุรัส-อาจมีเปลือกที่ใหญ่กว่าและมีต้นทุนเริ่มต้นที่สูงกว่า แต่อาจมีการทำความสะอาดกลไกซ้ำๆ ซึ่งทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นจนถึงระยะอนันต์