PTFE-varmaskiptir getur verið hreinn og laus við leka, en samt skilað sér illa vegna lúmsks vökvavandamála: vandreifingu flæðis. Þegar vökvi á skeljunni fer á leið minnstu viðnáms í stað þess að sópa jafnt yfir allar slöngur, verður varmaflutningur fyrir og myndast heitir eða kaldir blettir. Vandreifing flæðis er oft gleymd vegna þess að það framkallar ekki augljós ytri merki eins og leka eða titring. Hins vegar geta áhrif þess á hitauppstreymi verið mikil og minnkar virkt hitaflutningssvæði um 20-40% í erfiðustu tilfellum. Að greina og leiðrétta vandreifingu er nauðsynlegt til að viðhalda afköstum PTFE skel-og-röraskipta.
Hvað er flæðisdreifing?
Vandreifing flæðis vísar til ójafnrar dreifingar vökva yfir slöngubúntinn á skelhliðinni (eða, sjaldnar, ójafnt flæði meðal samhliða röra á slönguhliðinni). Í rétt hönnuðum skiptiskipti neyðist vökvinn á skeljarhliðinni af skífum til að flæða yfir slöngubúntið í þverflæðismynstri og snerta öll slöngurnar meira eða minna jafnt. Þegar vandreifing á sér stað fá sum svæði búntsins háan flæðihraða á meðan önnur svæði fá mjög lágt eða stöðnandi flæði. Háhraðasvæðin geta orðið fyrir of miklu þrýstingsfalli á meðan lághraðasvæðin stuðla lítið að hitaflutningi. Heildarvarmaflutningsstuðullinn fellur niður fyrir hönnunargildið og skiptarinn uppfyllir ekki varmaskyldu sína.
Algengar orsakir flæðisdreifingar
Reynsla á vettvangi gefur til kynna þrjár meginorsakir fyrir vandreifingu flæðis í PTFE skel-og-slönguskiptum: skemmdar eða vantar skífur, stíflaðar rör og óviðeigandi hönnun inntaksstúta.
Skemmdir eða vantar skífur
Bafflar eru málmplötur (venjulega ryðfríu stáli) sem beina vökvanum á skeljarhliðinni fram og til baka yfir slöngubúntið. Dæmigert þverskipt skífa þvingar vökva til að flæða yfir rörin, síðan um brún skífunnar og síðan yfir næsta hluta. Ef skífur losna, tærast eða vantar algjörlega, fer vökvinn framhjá slöngubúntinu algjörlega og flæðir beint frá inntakinu til úttaksins í gegnum rás með lágt viðnám nálægt skelveggnum. Þetta er kallað framhjáhlaup. Gaumljós er þrýstingsfall á skelinni sem er verulega lægra en hönnunargildið ásamt lélegum hitaflutningi.
Bafflar geta skemmst af:
Tæringu á málmskekkjum í árásargjarnri þjónustu (þó PTFE rör séu ónæm, þá geta stálplötur tært).
Vélrænt högg við innsetningu eða fjarlægingu túpubúnts.
Rangt bil á milli skjálfta við framleiðslu (bil ætti að vera 0,2 til 1,0 sinnum þvermál skeljar; breiðari bil dregur úr þverflæðishraða og stuðlar að vandreifingu).
Stíflað rör
Á slönguhliðinni getur rusl eins og suðugjall, ryð eða vinnsluefni lokað að hluta eða öllu leyti eitt eða fleiri PTFE slöngur. Þegar rör er stíflað er vökvinn sem hefði runnið í gegnum það dreift aftur til opinna röranna sem eftir eru. Heildarflæðisflatarmálið minnkar, þannig að hraðinn í opnu rörunum eykst, en virkt hitaflutningsyfirborð minnkar. Skipti þarf að þrífa eða skipta um stíflaða rör. Í fjölrása rörafyrirkomulagi getur eitt stíflað rör truflað flæðidreifingu yfir heila leið.
Óviðeigandi hönnun inntaksstúta
Inntaksstúturinn á skelinni er inntaksstaður vökvans. Ef stúturinn er undirstærð, flýtur vökvinn sem kemst inn í mikinn hraða og snertir beint á fáum slöngum. Þetta skapar háhraða þota sem smýgur djúpt inn í búntinn á meðan svæði í burtu frá þotunni standa í stað. Jafnvel með skífum sem eru rétt dreift heldur vandreifingin sem stafar af lélegri stúthönnun viðvarandi vegna þess að vökvinn dreifist aldrei að fullu yfir þversnið búntsins.
Algengar gallar á hönnun stútsins eru:
Þvermál stútsins er of lítið fyrir flæðishraðann (hraði > 3-5 m/s).
Stútur staðsettur of nálægt slöngubúntinu án höggplötu eða dreifarar.
Stútur stilltur í snerti eða ás án réttrar flæðisréttingar.
Í reynd ætti inntaksstútur að vera þannig að stærð að hraði skelhliðar við stútinn sé ekki meira en 2-3 sinnum meðaltal þverflæðishraða yfir búntinn. Áfallsplata (flat málmplata sett á móti stútnum) dreifir komandi stróknum og verndar fyrstu raðir af PTFE slöngum gegn veðrun.
Uppgötvunaraðferðir fyrir flæðimisdreifingu
Til að greina vandreifingu þarf sambland af varma-, vökva- og sjónrænum skoðunaraðferðum.
Hitamyndataka af ytra byrði skel
Hitamyndavél (innrauð hitamyndataka) getur leitt í ljós hitamynstur á ytra yfirborði skelarinnar. Við venjulegt, vel dreift flæði ætti yfirborðshiti skeljar að vera tiltölulega einsleitt eftir lengdinni, með hægfara hitabreytingu frá inntaki til úttaks. Með vandreifingu koma fram kaldar eða heitar rákir. Til dæmis:
Hjáveitustraumur meðfram skelveggnum myndar rák af lágum hita (á köldu hliðinni) eða háum hita (á heitu hliðinni) sem liggur langsum.
Strókur frá óviðeigandi hönnuðum stút skapar staðbundinn heitan eða kaldan blett nálægt inntakinu.
Framkvæma skal hitamyndatöku við stöðugt ástand. Skeljaryfirborðið gæti þurft að þrífa eða setja á tímabundna matta málningu til að ná einsleitri losun.
Þrýstifallsmæling
Þrýstingsfallið á skelinni er áreiðanlegur vísir. Mælt þrýstingsfall (við hönnunarflæðishraða) skal bera saman við hönnunargildi framleiðanda. Ef mæld fall er marktækt lægri (td minna en 70% af hönnun) fer vökvi framhjá slöngubúntinu-líklega í gegnum skemmdar blöðrur eða bil á milli slöngubnítsins og skeljarins. Ef mæld fall er meiri en hönnun er gefið til kynna að slöngur séu stíflaðar eða of mikil óhreinindi.
Fyrir rörhliðina bendir þrýstingsfall sem er mun hærra en hönnunin til stíflaðra röra eða innri óhreininda. Þrýstifall sem er mun lægra en hönnunin (með engum breytingum á flæðishraða) bendir til leka eða framhjáhalds í slöngurásinni.
Mælingar á hitastigi
Mæling á úttakshitastigi einstakra röra eða lítilla hópa af rörum getur bent til rangrar dreifingar. Þetta krefst hins vegar aðgangs að slönguplötunni, sem gæti ekki verið hagkvæmt í lokuðum skiptiskipti. Annar valkostur er að mæla yfirborðshita skeljar á mörgum stöðum meðfram ummáli og lengd, eins og lýst er hér að ofan.
Sjónræn skoðun meðan á viðhaldi stendur
Þegar skipt er opnað fyrir hreinsun eða skoðun skal athuga eftirfarandi:
Staða skjálfta: Eru skjálftar lausar, vantar eða mjög tærðar? Er millibilið einsleitt og samkvæmt teikningunni?
Slöngustífla: Eru einhverjar slöngur sýnilega stíflaðar af rusli? Hægt er að nota vasaljós eða borescope.
Inntaksstútsvæði: Er höggplata til staðar? Eru fyrstu raðirnar af rörum aflögaðar eða skemmdar af þotum?
Fyrirbyggjandi aðgerðir
Það er að mestu hægt að koma í veg fyrir vandreifingu flæðis með réttri hönnun, uppsetningu og reglubundinni skoðun.
Rétt inntaksdreifir eða höggplata
Fyrir nýja skipta skal inntaksstúturinn vera hannaður með höggplötu eða flæðidreifara. Árekstursplatan er málmplata sem er fest stutt frá stútopinu, sem neyðir komandi strauminn til að dreifast í geislaform áður en hann kemst í snertingu við slöngubúntið. Að öðrum kosti er hægt að bæta dreifingarhluta (hækkandi stækkun flæðisleiðarinnar) inn í skelina. Þessi tæki draga úr inntakshraðanum og stuðla að samræmdri flæðisdreifingu.
Regluleg skífuskoðun
Við árlegt viðhald ætti að skoða skífur með tilliti til merki um skemmdir eða losun. Í PTFE skiptarum með málmskekkjum er tæring á skífunum áhyggjuefni vegna þess að PTFE rörin sjálf tærast ekki. Mælt er með skjálftum úr ryðfríu stáli (316L) fyrir ætandi þjónustu. Baffle stangir eða bindi stangir ættu að vera þétt; Hægt er að festa lausar skífur aftur eða skipta út.
Síur og síun
Til að koma í veg fyrir stíflu í slöngunni ætti að setja síu eða síu á inntaksleiðsluna á slöngunni. Möskvastærðin ætti að vera minni en innra þvermál rörsins. Fyrir óhreinindi á skeljahlið er sía á inntak skeljarhliðar einnig gagnleg ef vökvinn inniheldur fast efni. Reglubundin hreinsun á síunni kemur í veg fyrir að rusl komist inn í skiptiskipti.
Rétt millibil og hönnun
Velja ætti bilið á milli þverflæðisins út frá nauðsynlegum þverflæðishraða. Þumalfingursregla er að bilið ætti að vera á milli 0,2 og 1,0 sinnum innra þvermál skelarinnar. Minni bil eykur þrýstingsfall en bætir dreifingu. Fyrir PTFE skipta, þar sem rörin eru tiltölulega sveigjanleg, getur of mikill þverflæðishraði valdið titringi röranna; því er oft valið hóflegt bil (0,4-0,6 × þvermál skeljar).
Dreifingartæki fyrir slöngur á hlið
Fyrir stóra fjölrása skiptara getur inntaksdreifir (gataplata eða stútur með útvíkkandi inngangi) bætt flæðidreifingu á slönguhlið. Þetta er sérstaklega mikilvægt þegar vökvinn á slönguhliðinni hefur mikla seigju eða þegar skiptarinn hefur mikið magn af slöngum í hverri umferð.
Greiningargátlisti fyrir grun um flæðisdreifingu
Þegar grunur leikur á að skiptibúnaður sé með vandreifingu flæðis, þá er eftirfarandi gátlisti að leiðarljósi við rannsóknina.
| Athugun | Hugsanleg orsök vandreifingar | Staðfestingaraðferð |
|---|---|---|
| Þrýstifall við skelju < 70% af hönnun | Framhjáhlaup vegna vantar/skemmdar skífur eða bil á milli búnts við skel | Sjónræn skoðun meðan á viðhaldi stendur; litarefnispróf |
| Þrýstingsfall við skel á hlið > 120% af hönnun | Slöngustífla eða mikil óhreinindi á skelhliðinni | Skoðaðu slönguinntak; mæla einstaka rörflæði |
| Ójafn yfirborðshiti skeljar (hitamynd) | Farið framhjá straumi, inntaksþotu eða kyrrstöðusvæði | Bera saman við hönnun hitaupplýsingar; CFD greining |
| Úttakshiti lægra en hönnun (hitun) eða hærri (kæling) | Minnkað áhrifaríkt hitaflutningssvæði frá vandreifingu | Framkvæma frammistöðupróf; reikna NTU og bera saman við hönnun |
| Titringur eða hávaði frá skel hlið | Háhraðaþotur rekst á rör | Athugaðu svæði inntakstúts með tilliti til skaða á höggi |
| Endurtekin slöngubilun á einum stað | Staðbundið háhraða eða varmaálag | Endanleg þáttagreining á flæðisviði |
Aðgerðir til úrbóta
Ef vandreifing er staðfest eru úrbótaaðgerðir háðar undirrót orsökarinnar.
Skemmdir eða vantar skífur– Opna þarf skiptibúnaðinn og gera við skífur eða skipta út. Í sumum tilfellum gæti þurft að endurskoða allan slöngubúntinn.
Stíflað rör– Slöngurnar skulu hreinsaðar á efnafræðilegan hátt (sjá tengda leiðbeiningar um hreinsun PTFE varmaskipta). Ef ekki er hægt að hreinsa rör getur verið að það sé stíflað (ef nokkrar rör eru stíflaðar) eða skipt út.
Óviðeigandi inntaksstútur– Hægt er að sjóða afturfestingarplötu inni í skelinni á móti stútnum. Ef pláss er takmarkað er hægt að bæta við flæðisréttu eða götuðu plötu nálægt inntakinu.
Framhjáhlaup vegna bils milli búnts og skelar– Hægt er að bæta við hliðarþéttingum (málmræmur festar við plöturnar sem snerta skelina) til að loka fyrir bilið.
Niðurstaða
Vandreifing flæðis er vökvavandamál sem hægt er að leiðrétta sem hefur áhrif á hitauppstreymi PTFE skel-og-rör varmaskipta. Það stafar af skemmdum eða vantar skífur, stíflaðar rör eða óviðeigandi hönnun inntakstúta. Greiningaraðferðir fela í sér hitamyndatöku, þrýstingsfallsmælingu og sjónræna skoðun meðan á viðhaldi stendur. Fyrirbyggjandi ráðstafanir-rétt hönnun inntaksdreifara, regluleg skoðun á skífum, síur og rétt skýlubil-stöðva misdreifingu áður en hún hefst. LeitarorðiðPTFE varmadreifing flæðistáknar mikilvægt greiningarhugtak: ójafnt flæði dregur úr virku hitaflutningssvæðinu og skapar heita eða kalda bletti, jafnvel í hreinum skipti. Með því að beita uppgötvunar- og forvarnaraðferðum sem lýst er, er hægt að koma skiptanum aftur í fyrirhugaða hitauppstreymi. Góð skiptihönnun og reglubundin skoðun koma í veg fyrir þetta vandamál, tryggja áreiðanlega notkun og lengja endingartíma.
