낮은 쉘-측면 흐름이 있는 PTFE 교환기의 올바른 배플 수를 선택하는 방법은 무엇입니까?

뜨거운 부식성 제품 흐름은 약간의 냉각수를 통해서만 냉각될 수 있습니다. 일반적인 쉘 및 튜브 교환기에서 이 낮은 쉘 측면 흐름은 넓은 간격의 배플을 가로질러 느리게 떠서 정체 구역과 열 전달 불량을 유발합니다. 따라서 이 제한된 흐름에서 사용 가능한 모든 열 부하 단위를 얻으려면 배플 설계를 정밀하게 조정해야 합니다.

배플 수 저유량 PTFE 교환기 설계의 엔지니어링 문제는 특히 압력 강하와 열 전달 간의 정확한 균형입니다. 배플이 너무 많으면 흐름이 막히고 작은 순환 펌프에 과부하가 걸릴 수 있습니다. 너무 적으면 교환기가 유압적으로 조용하지만 열적으로 비효율적일 수 있습니다.

PTFE 열교환기에서 배플이 중요한 이유
배플은 쉘 및 튜브 교환기 내부에서 다양한 중요한 작업을 수행합니다.

쉘 측의 튜브 번들을 통한 흐름 방향

향상된 난류 및 열 전달

유연한 PTFE 튜브 지지대

데드 플로우 영역 감소

튜브 진동 방지

PTFE 교환기에서는 PTFE 튜브가 금속 튜브와 달리 기계적으로 유연하기 때문에 배플의 설계가 훨씬 더 중요합니다. 적절한 지지 간격은 번들 형상을 유지하고 유체의 흐름 동작을 제어하는 ​​데 도움이 됩니다.

낮은 유량 조건에서 교환기 효율은 배플 간격 및 레이아웃에 매우 민감합니다.

전통적인 세그먼트 배플 타협
대부분의 전통적인 쉘 및 튜브 교환기는 분할 배플을 사용합니다. 이러한 얇게 썬 플레이트는 부분적으로 쉘 측 유체가 지그재그 방식으로 튜브 번들을 자주 횡단하도록 만듭니다.

이 설계는 높은 교차-흐름 속도를 가져오고 난류를 강화합니다.

배플은 밀접하게 배치되어 있습니다.
여러 개의 배플이 짧은 거리로 설정된 경우:

쉘 측 속도 증가

열전달 계수 증가

열 성능 향상

내오염성을 향상시킬 수 있음

유체는 가속되고 번들을 통해 반복적으로 회전하여 튜브 주변에서 더욱 활발하게 혼합됩니다.

그러나 이것은 대가를 치르는 것입니다.

압력 강하가 빠르게 상승합니다.
쉘 측면의 경우 간격이 촘촘한 배플을 사용하면 전체 유량이 낮을 때 유압 저항이 증가합니다.

결과에는 다음이 포함될 수 있습니다.

높은 압력 강하.

전반적인 순환이 적음

펌프 과부하

흐름 기아

불안정한 운영

심각한 상황에서는 제공된 펌프 헤드가 의미 있는 쉘측 순환을 유지하기에 충분하지 않을 수 있습니다-.

배플이 충분하지 않은 문제
배플 수가 적으면 저항이 줄어들고 유체가 쉘을 통해 더 쉽게 흐릅니다.

이 방법은 다음을 줄입니다.

압력 손실

펌핑 요구 사항

흐름 제한

불행히도 열 성능은 일반적으로 동시에 저하됩니다.

낮은 속도의 층류 흐름
배플이 넓게 퍼져 있으면 쉘 쪽의 속도가 매우 낮을 수 있습니다. 이러한 경우 흐름은 주로 층류이고 교차 흐름에서 난류가 아닌 경향이 있습니다.-

이제 일어나는 일은 다음과 같습니다.

낮은 열전달 계수

열적 층화

죽은 지역

고형물 침전

오염물질 축적-

대신, 유체는 다발 전체를 효율적으로 휩쓸기보다는 혼합이 거의 없이 열린 영역을 통해 천천히 구불구불하게 흘러갈 수 있습니다.

이러한 고정 구역은 부식성 물질이나 고체{0}}운송 서비스에서 특히 문제가 될 수 있습니다.

저유량-PTFE 교환기를 다르게 처리해야 하는 이유
PTFE 튜브는 유연하기 때문에 배플 배열은 단단한 금속 튜브 번들보다 더 맞춤화될 수 있습니다.

PTFE 번들은 다음 방법으로 조립할 수 있습니다.

CustomSpacer 기하학

조정 가능한 배플 간격

비표준 지원 방식-

흐름 경로 나선형

이러한 다양성은 저유량 응용 분야에서 다양한 배플 개념을 매우 흥미롭게 만듭니다.

나선형 배플 – 현대적인 솔루션
나선형 배플 디자인은 일반적인 세그먼트 배플에 대한 새로운 대안입니다.

날카로운 지그재그 교차 흐름 패턴을 통해 유체를 강제하는 대신 나선형 배플은 교환기를 통과하는 연속 나선형 경로를 따라 쉘 측면 흐름을 안내합니다.-

나선형 배플은 약하고 구불구불한 흐름을 취하여 쾌적하고 집중된 나선형으로 바꿉니다.

나선형 흐름이 성능을 향상시키는 방법
이 나선형 운동에는 다음과 같은 수많은 주요 장점이 있습니다.

쉘 측에서 더욱 일관된 속도

덜 정적 영역

보다 쉽게 ​​유압 흐름

낮은 압력 손실

더 나은 열 분포

유체는 가속 및 감속 없이 플러그-흐름- 방식으로 번들을 따라 지속적으로 흐릅니다.

이는 제한된 흐름 에너지를 보다 효과적으로 활용하는 결과를 가져옵니다.

나선 각도와 그것이 중요한 이유
나선형 배플 교환기의 성능은 나선형 각도에 매우 민감합니다.

일반적인 나선 각도는 다음과 같습니다.

15도

25도

35도

45도 정도

감소된 나선 각도
각도가 더 낮은 긴-피치 나선은 다음을 생성합니다.

더욱 원활한 흐름 안내

압력 강하 감소

더 긴 흐름 경로

적당한 유속 교차

이 배열은 일반적으로 저유량 PTFE 교환기에 선호됩니다.

더 큰 나선 각도
더 높은 나선형 각도(가파르게):

교차 흐름 강도

국부적인 난기류.

열전달 계수

그러나 압력 감소도 비례하여 증가합니다.

따라서 최적의 각도는 열 작업량과 사용 가능한 펌핑 용량 간의 절충안입니다.

분절형 및 나선형 배플 설계 비교
두 가지 접근 방식을 직접 비교할 때 기능의 변화가 더 뚜렷해집니다.

기능 부분 배플 배플, 나선형
흐름 패턴 교차-흐름 지그재그나선형, 연속
압력 강하 크다 작다
데드존 가능 감소
저유량 성능더 좋음 자주 약함
오염 경향 보통 ~ 높음 낮음
속도 분포 불평등
나선형 배열은 많은 저유량 서비스의 안정성 측면에서 유압 성능과 열 성능 간의 더 나은 절충안입니다.

디자인 고려 사항 – 실용성
많은 배플 저유량 PTFE 교환기 구성을 결정할 때 고려해야 할 사항이 많습니다.

매물 펌프 헤드
허용 가능한 최대 배플 저항은 순환 시스템 쉘 측 압력 기능에 의해 제한됩니다.

오염 가능성
고정 영역을 최소화하는 설계는 고체-함유 또는 결정화 유체에 바람직합니다.

열 부하 사양
필요한 열 전달률이 높을수록 더 엄격한 흐름 유도가 필요할 수 있습니다.

PTFE 튜브 홀더
그러나 PTFE 튜브는 유연하므로 지지대의 간격은 과도한 편향이나 진동을 방지할 수 있을 만큼 충분해야 합니다.

유지 관리를 위한 액세스
덜 복잡하고 더 개방적인 배플 구성은 오염되기 쉬운-애플리케이션의 청소에 더 나은 접근을 제공할 수 있습니다.

표준 디자인이 작동하지 않는 경우
표준 쉘 및 튜브 배열은 일반적으로 중간에서 높은 쉘측 유속을 위해 설계되었습니다. 이러한 유사한 기하학적 구조는 순환이 약한 상황에서 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

실패의 일반적인 증상은 다음과 같습니다.

냉각 용량이 부족함

높은 출구 온도

과압 감소

고체 예금

흐름 분포 불균일성

최적화된 내부 흐름 관리의 이점은 저유량 PTFE 시스템에서 훨씬 더 높습니다.

요약
낮은 셸 측 흐름 응용 분야의 경우 배플의 적절한 선택은 PTFE 교환기 성능을 결정하는 가장 중요한 측면 중 하나가 됩니다. 기존의 분할 배플은 어려운 절충안을 나타냅니다. 간격이 좁은 배플은 열 전달은 좋지만 압력 손실이 심하고, 간격이 넓은 배플은 저항을 최소화하지만 약하고 혼합이 잘 되지 않는 흐름 패턴을 허용합니다.

나선형 배플 설계는 속도를 유지하면서 유압 손실과 정체 영역을 줄이는 완만한 나선형 경로를 따라 쉘{0}}측 유체를 안내하는 보다 균형 잡힌 옵션입니다. 많은 저유량 응용 분야에서 긴-피치 나선형 배열은 기존 세그먼트 설계에 비해 전반적인 성능이 향상되었습니다.

지지 간격의 유연성과 PTFE 튜브 번들의 내부 형상 덕분에 이러한 교환기는 기존 설계가 실패하는 어려운 저유량 서비스에 맞게 조정될 수 있습니다.

열 시스템 설계에서 가장 효율적인 옵션은 항상 유체를 가장 세게 밀어내는 옵션이 아닙니다. 때로는 흐름을 원하는 방향으로 부드럽고 지속적으로 밀어주는 것이 최고의 성능을 발휘할 때도 있습니다.