Het probleem van installatie op afstand
Door ruimtebeperkingen wordt de installatie van de PTFE-warmtewisselaar soms uit de buurt van de procestank gedwongen. De wisselaar bevindt zich op een tussenverdieping, in een aangrenzende kamer of buiten het gebouw. Onderling verbonden leidingen transporteren verwarmde procesvloeistof van de wisselaar naar de tank en retourneren gekoelde vloeistof voor herverwarming.
Elke meter verbindingsleiding verliest warmte aan de omgeving. De verwarmde oplossing die de PTFE-wisselaar op 65 graden verlaat, kan bij 58 graden in de tank aankomen. De temperatuurdaling vertegenwoordigt verloren verwarmingscapaciteit. De wisselaar moet harder werken om dit te compenseren, waardoor het stoomverbruik toeneemt en mogelijk zijn ontwerpplicht wordt overschreden.
De vraag voor de constructeur: hoeveel capaciteit gaat er verloren en bij welke leidinglengte wordt installatie op afstand onrendabel?
Het warmteverliesmechanisme
Warmteverlies uit onderling verbonden leidingen volgt de afkoelingswet van Newton. De snelheid van het warmteverlies hangt af van het temperatuurverschil tussen de vloeistof en de omgevingslucht, het buisoppervlak en de totale warmteoverdrachtscoëfficiënt van vloeistof naar omgevingslucht.
Niet-geïsoleerde metalen leidingen verliezen snel warmte. Een pijpleiding met een diameter van 50 mm bij een hoek van 65 graden door een omgevingstemperatuur van 20 graden verliest ongeveer 150-250 W per strekkende meter. Over een afstand van 20 meter bedraagt het verlies 3-5 kW. Voor een verwarmingssysteem van 30 kW betekent dit een capaciteitsvermindering van 10-17%.
Geïsoleerde leidingen verminderen de verliezen aanzienlijk. Een goed gespecificeerde isolatie van minerale wol of schuim met een dikte van 25-50 mm vermindert het warmteverlies tot 20-40 W per meter. Bij hetzelfde traject van 20 meter verliest u slechts 0,4-0,8 kW, een beheersbare 1-3% van de systeemcapaciteit.
Tabel 1: Warmteverlies door onderling verbonden leidingen (50 mm leiding, 65 graden vloeistof, 20 graden omgevingstemperatuur)
| Isolatieconditie | Warmteverlies per meter (W/m) | 10 m runverlies (kW) | 20 m runverlies (kW) | Effectief capaciteitsverlies (30 kW-systeem) |
|---|---|---|---|---|
| Ongeïsoleerde stalen buis | 200 | 2.0 | 4.0 | 13% |
| Ongeïsoleerde PTFE-buis | 160 | 1.6 | 3.2 | 11% |
| 25 mm minerale wolisolatie | 35 | 0.35 | 0.7 | 2.3% |
| 50 mm minerale wolisolatie | 18 | 0.18 | 0.36 | 1.2% |
| Voor-geïsoleerde (schuim-gevulde) buis | 12 | 0.12 | 0.24 | 0.8% |
Warmteverlieswaarden zijn bij benadering voor horizontale buizen in stilstaande lucht. De werkelijke verliezen zijn afhankelijk van de windsnelheid, de leidingondersteuningen en de integriteit van de isolatie.
Overwegingen bij PTFE-leidingen
PTFE-verbindingsleidingen hebben een lagere thermische geleidbaarheid dan metaal en bieden een bescheiden inherente isolatie. Het warmteverlies van niet-geïsoleerde PTFE-buizen is ongeveer 20% lager dan van gelijkwaardige stalen buizen. Dit kleine voordeel neemt de noodzaak van isolatie bij langere runs niet weg.
PTFE-leidingen hebben een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt. Lange rechte stukken vereisen expansielussen of balgen om overmatige spanning op vaste punten te voorkomen. De uitzettingsaccommodaties moeten geïntegreerd worden met het isolatiesysteem om te voorkomen dat er ongeïsoleerde delen ontstaan bij uitzettingsvoegen.
De steunafstand voor PTFE-buizen is kleiner dan voor staal vanwege de lagere stijfheid. Steunen creëren koudebruggen door de isolatie. Elke steun moet een isolatiekussen bevatten tussen de buis en de steunklem om plaatselijk warmteverlies te minimaliseren.
Ontwerprichtlijnen voor installaties op afstand
Minimaliseer eerst de leidinglengte. Plaats de PTFE-warmtewisselaar zo dicht bij de tank als fysieke beperkingen dit toelaten. Elke bespaarde meter vermindert het warmteverlies en de kapitaalkosten voor leidingen en isolatie.
Isoleer grondig. Alle hete verbindingsleidingen, inclusief fittingen, flenzen en kleppen, moeten worden geïsoleerd. Verwijderbare isolatiepads maken toegang tot flens en klep mogelijk zonder permanent warmteverlies.
Dimensioneer de warmtewisselaar met het berekende warmteverlies opgenomen in de ontwerpplicht. Voor een procesbelasting van 30 kW met leidingverlies van 2 kW is een wisselaar van 32 kW vereist, niet 30 kW. De incrementele kosten zijn klein in vergelijking met het ontdekken van ondermaatse prestaties na installatie.
Houd rekening met het debiet van de gepompte recirculatie. Hogere debieten verhogen het warmteverlies per meter enigszins, maar verminderen de temperatuurdaling per doorgang. Het netto-effect op de geleverde temperatuur is afhankelijk van de specifieke leidingconfiguratie.
Samenvatting
Op afstand gelegen PTFE-warmtewisselaarinstallaties verliezen verwarmingscapaciteit door warmteverlies van de onderling verbonden leidingen. Niet-geïsoleerde leidingen van meer dan 10 meter kunnen meer dan 10% van de systeemcapaciteit verliezen. Een goede isolatie vermindert de verliezen tot 1-3%.
Ontwerprichtlijnen geven prioriteit aan het minimaliseren van de pijplengte, het isoleren van alle hete oppervlakken en het opnemen van berekende verliezen in de afmetingen van de wisselaar. De lagere thermische geleidbaarheid van PTFE-leidingen biedt een klein inherent voordeel, maar vervangt de isolatie niet.
Technische analyse voor het ontwerp van de installatie van een PTFE-warmtewisselaar op afstand is beschikbaar na indiening van de leidingindeling, het leidingmateriaal en de diameter, de vloeistoftemperatuur, de omgevingsomstandigheden en de beschikbare isolatiespecificaties.
