PFA 교환기의 전체 열 전달 계수는 150도에서 PTFE 교환기와 어떻게 비교됩니까?

150도에서 뜨겁고 부식성이 있는 공정 흐름. PTFE는 열교환기에 사용되는 일반적인 불소중합체이지만 이 온도에서는 전혀 부적합합니다. PTFE는 약해지고 파손될 수 있습니다. 거의 화학적 사촌인 PFA는 매우 쾌적합니다. 두 재료 모두 매우 우수한 절연체이며 열을 전도하는 기본적인 능력은 거의 비슷합니다. 150도에서 PFA 교환기의 열적 이점은 뛰어난 도체 때문이 아니라 단순히 해당 온도에서도 PTFE가 생각조차 할 수 없는 열 교환 작업을 수행할 수 있는 견고하고 강한 튜브이기 때문입니다. 150도에서 PFA와 PTFE 열전달 계수의 비교를 이해하려면 열전도율 수치를 넘어 최대 서비스 온도에 초점을 맞춰야 합니다.

열전도율: 거의 이상적인 단열재
PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)와 PFA(퍼플루오로알콕시 알칸)의 열전도율은 일반적인 가공 온도에서 0.20~0.25W/m·K 범위입니다. 엔지니어링 목적상 이 숫자는 사실상 구별이 불가능합니다. 두 재료로 구성된 튜브의 전도성 열 저항은 동일한 두께에 대해 실질적으로 동일합니다(예: 작은 직경의 튜브의 경우 1mm, 더 큰 쉘 및 튜브 교환기의 경우 2mm). 따라서 PFA 교환기의 전체 열 전달 계수(U-값)는 둘 다 각각의 온도 제한 내에서 사용되는 한 동일한 설계의 PTFE 교환기와 유사합니다.

PFA의 가장 중요한 장점은 침지식 히터 또는 열교환기 서비스에 대한 PTFE의 실제 한계인 수성 환경에서 약 110{2}}120도(일부 건조 또는 비산화 조건에서는 약간 더 높음)에 비해 260도의 더 높은 연속 서비스 온도입니다. 이를 통해 PFA 교환기는 동일한 작업에 대해 훨씬 더 큰 대수 평균 온도 차이(LMTD)로 150도에서 작동할 수 있으므로 더 작고 경제적인 열 교환기를 만들 수 있습니다. 승리는 전도성의 양에 있는 것이 아니라 싸움에 나타나는 재료의 능력에 있습니다.

PFA가 열전에서 승리한 것은 더 빨리 달리기 때문이 아니라 트랙에서 허용되었기 때문입니다. 150도에서는 PTFE가 경쟁자가 아닙니다. - 이미 현장에서 출발했습니다.

PTFE가 150도 열 교환기 서비스에 적합하지 않은 이유
기계적 연화 및 크리프
지속적인 침지 사용 시 PTFE는 약 110~120도에서 약화되기 시작하고 기계적 강도를 잃습니다. PTFE의 이론상 녹는점은 327도이지만 약 19도와 약 30도에서 결정상 변화를 겪으며 비정질 영역은 100도를 초과하는 온도에서 이동성을 얻기 시작합니다. 150도의 PTFE 튜브는 튜브가 내부 압력, 외부 압력 및 열팽창력을 받는 열 교환기에서 크리프, 변형 및 결국 붕괴되거나 파손됩니다. 또한 이 소재는 높은 열팽창 계수(강철의 약 10배)를 갖고 있어 고온에서 튜브의 과도한 처짐과 기계적 피로를 유발합니다.

실습-경험
PTFE 열 교환기 튜브는 일반적으로 대부분의 부식성 수성 서비스에 대해 110도의 안전한 연속 작동 한계를 갖도록 제조업체 및 현장 경험에 의해 지정됩니다. 일부 디자인은 최대 120도까지의 짧은 여행에는 괜찮을 수 있지만 150도는 안전 범위를 훨씬 초과합니다. 반대로, PFA는 치수 불안정을 유발하는 상 변화 없이 기계적 무결성과 내화학성을 최대 260도까지 유지합니다.

150도에서의 전체 열 전달 계수(U-값)
등가 설계 유사 U-가치
PTFE가 150도에서 안정할 수 있는 가상의 경우 PFA 교환기와 동일한 기하학적 매개변수(튜브 직경, 벽 두께, 튜브 레이아웃 및 유속)의 PTFE 교환기의 U-값은 다소 비슷할 것입니다. 튜브 벽의 전기 저항은 전체 열 저항의 일부일 뿐입니다. 다른 저항(튜브-측 및 쉘-측 대류 및 오염)은 동일한 유체 특성 및 속도에 대해 동일합니다. PTFE와 PFA의 열전도율은 거의 비슷하므로 U-값의 차이는 5%를 넘지 않습니다.

실용적인 이점: 더 높은 LMTD
PTFE는 150도에서 작동할 수 없기 때문에 실제 비교는 동일한 온도에서 두 재료가 아닙니다. 대신 PFA 교환기를 사용하여 150도 흐름을 예를 들어 30도 냉각수로 냉각할 수 있으며 이는 약 80-100도의 LMTD를 제공합니다. 동일한 냉각수의 경우 뜨거운 쪽 입구 온도가 110oC로 제한되는 PTFE 교환기의 LMTD는 40~50oC에 불과합니다. PTFE 교환기가 작동할 수 있다면 동일한 열 전달 작업을 수행하려면 거의 두 배의 표면적이 필요합니다. 그러나 실제로 그렇게 높은 온도에서는 PTFE 옵션이 존재하지 않습니다.

선택을 위한 실용적인 팁
매개변수 PTFE 교환기 PFA 교환기
최대. 연속 서비스 온도(수용성) 110-120도 260도
열 전도성 @ 150도 해당 없음(재료 결함) ~0.22 W/mK U{3}}값(PTFE 범위 내에서 동일한 형상 및 동일한 유체 온도에서) 기준선 비교 가능(±5%)
U 값(뜨거운 쪽 150도) 설계 및 LMTD 불가능
상대적 비용(면적 단위당)낮음 높음(15-30 프리미엄)
고온 부식성 서비스에 적합함예 아니오
결론: 생존이 문제다
고온에서 PTFE 교환기에 비해 PFA의 장점은 원시 열 성능이 아니라 생존의 문제입니다. PTFE는 150도에서 부드러워지고 크롤링되며 파손되는 반면, PFA는 견고하고 안정적이며 화학적으로 불활성입니다. 두 재료의 총 열전달 계수는 동일한 벽 두께에서 사실상 동일하지만 PTFE는 해당 온도에서 활용될 수 없기 때문에 중요하지 않습니다. PFA는 열 챔피언이며 더위를 견딜 수 있습니다. 최적의 재료는 공정 온도에 그대로 남아 있는 재료이며 150도 부식성 흐름의 경우 PFA가 바로 그 재료입니다.