Kā PFA apmaiņas kopējais siltuma pārneses koeficients ir salīdzināms ar PTFE One 150 grādu leņķī?

Karsta, kodīga procesa plūsma 150 grādu temperatūrā. PTFE ir tipisks siltummaiņu fluorpolimērs, taču tas ir pilnīgi nepiemērots šai temperatūrai, tas vājinātos un sabojātos. Tās ķīmiskais radinieks PFA ir ļoti patīkams. Abi materiāli ir ļoti labi izolatori, un to neapstrādātā, pamata spēja vadīt siltumu ir gandrīz līdzīga. PFA siltummaiņa termiskā priekšrocība 150 grādu temperatūrā nav saistīta ar to, ka tas ir pārāks vadītājs, bet gan vienkārši tāpēc, ka šajā temperatūrā tā joprojām ir cieta, spēcīga caurule, kas spēj veikt siltuma apmaiņas uzdevumu, par kuru PTFE pat nevar iedomāties. Lai saprastu PFA un PTFE siltuma pārneses koeficienta salīdzinājumu pie 150 grādiem, ir jāskatās tālāk par siltumvadītspējas skaitli un jākoncentrējas uz maksimālo ekspluatācijas temperatūru.

Siltumvadītspēja: gandrīz ideāls izolācijas materiāls
Gan PTFE (politetrafluoretilēna), gan PFA (perfluoralkoksialkāna) siltumvadītspēja ir diapazonā no 0,20 līdz 0,25 W/m·K pie tipiskām apstrādes temperatūrām. Inženiertehniskos nolūkos šie skaitļi praktiski nav atšķirami. Vadošā siltuma pretestība caurulei, kas sastāv no jebkura materiāla, būs praktiski vienāda tādam pašam biezumam (piemēram, 1 mm maza diametra caurulei vai 2 mm lielākam apvalkam un cauruļu siltummainim). Tāpēc PFA apmaiņas kopējais siltuma pārneses koeficients (U-vērtība) ir līdzīgs tādas pašas konstrukcijas PTFE apmaiņas koeficientam, ja vien abi tiek izmantoti atbilstoši to attiecīgajiem temperatūras ierobežojumiem.

Galvenā PFA priekšrocība ir augstāka nepārtrauktas darbības temperatūra par 260 grādiem, salīdzinot ar PTFE praktisko ierobežojumu iegremdējamā sildītāja vai siltummaiņa darbībai, kas ir aptuveni 110{2}}120 grādi ūdens vidē (un nedaudz augstāka dažos sausos vai neoksidējošos apstākļos). Tas ļauj PFA apmainītājam darboties 150 grādos ar daudz lielāku logaritmisko vidējo temperatūras starpību (LMTD) vienam un tam pašam darbam, kā rezultātā siltummainis ir mazāks un ekonomiskāks. Uzvara nav vadītspējas kvantitātē, bet gan materiāla spējā parādīties cīņai.

PFA uzvar karstuma karā, nevis tāpēc, ka skrien ātrāk, bet gan tāpēc, ka tas ir atļauts trasē. 150 grādos PTFE nav konkurents -, tas jau ir atstājis laukumu.

Kāpēc PTFE nav piemērots siltummaiņa apkalpošanai 150 grādos
Mehāniskā mīkstināšana un šļūde
Izmantojot nepārtrauktu iegremdēšanu, PTFE sāk vājināties un zaudēt savu mehānisko izturību aptuveni 110–120 grādu temperatūrā. PTFE teorētiskā kušanas temperatūra ir 327 grādi, bet tajā notiek kristāliskās fāzes maiņa aptuveni 19 grādos un atkal aptuveni 30 grādos, un amorfās zonas sāk iegūt mobilitāti temperatūrā, kas pārsniedz 100 grādus. PTFE caurules 150 grādu leņķī slīd, deformējas un galu galā sabruks vai saplīsīs siltummaiņos, kur caurules ir pakļautas iekšējam spiedienam, ārējam spiedienam un termiskās izplešanās spēkiem. Materiālam ir arī augsts termiskās izplešanās koeficients (apmēram 10 reizes lielāks nekā tēraudam), kas izraisa pārmērīgu cauruļu noslīdēšanu un mehānisku nogurumu augstās temperatūrās.

Praktiska-pieredze
PTFE siltummaiņa caurulēm parasti ražotāji un pieredze ir norādījuši, lai tām būtu droša nepārtraukta darbības robeža 110 grādi lielākajai daļai korozīvu ūdens pakalpojumu. Daži modeļi var būt piemēroti īsiem braucieniem līdz 120 grādiem, taču 150 grādi ir krietni virs drošā diapazona. Un otrādi, PFA saglabā savu mehānisko integritāti un ķīmisko izturību līdz 260 grādiem, bez fāzes izmaiņām, kas izraisa izmēru nestabilitāti.

Kopējais siltuma pārneses koeficients (U{0}}vērtība) 150 grādos
Līdzvērtīgs dizains, līdzīga U{0}}vērtība
Iedomātā gadījumā, ja PTFE varētu būt stabils 150 grādu leņķī, PFA apmaiņas un PTFE apmaiņas U- vērtība ar vienādiem ģeometriskajiem parametriem (caurules diametrs, sieniņu biezums, caurules izkārtojums un šķidruma ātrums) būtu diezgan līdzīga. Caurules sienas elektriskā pretestība ir tikai daļa no kopējās termiskās pretestības. Citas pretestības (caurules -puses un apvalka-puses konvekcija un piesārņojums) ir vienādas tiem pašiem šķidruma parametriem un ātrumiem. PTFE un PFA siltumvadītspēja ir gandrīz salīdzināma, tāpēc U-vērtība atšķiras ne vairāk kā 5 %.

Praktiskā priekšrocība: Augstāks LMTD
Praktisks salīdzinājums nav divi materiāli vienā temperatūrā, jo PTFE nevar darbināt 150 grādu temperatūrā. Tā vietā var izmantot PFA apmainītāju, lai atdzesētu 150 grādu plūsmu ar, piemēram, 30 grādu dzesēšanas ūdeni, kas nodrošina LMTD aptuveni 80-100 grādus. Tam pašam dzesēšanas ūdenim PTFE siltummainim, kas ierobežots līdz 110 oC karstās puses ieplūdes temperatūrai, LMTD būtu tikai 40–50 oC. PTFE siltummainim būtu nepieciešams gandrīz divreiz lielāks virsmas laukums, lai veiktu tādu pašu siltuma pārvades darbu – ja tas vispār varētu darboties. Bet PTFE iespēja tik augstai temperatūrai patiesībā nepastāv.

Praktiski padomi izvēlei
Parametrs PTFE Exchanger PFA Exchanger
Maks. nepārtrauktas darbības temperatūra (ūdens) 110-120 grādi 260 grādi
Siltumvadītspēja pie 150 grādiem Nav piemērojams (materiāla defekts) ~0,22 W/mK U-vērtība (pie identiskas ģeometrijas un vienādas šķidruma temperatūras PTFE diapazonā) Bāzes līmenis Salīdzināms (±5%)
U-vērtība (karstā puse 150 grādi) Dizains un LMTD Nav iespējams
Relatīvās izmaksas (par platības vienību) Zemāka Augstāka (15–30 piemaksa)
Piemērotība augstas temperatūras kodīgai lietošanai Jā Nē
Secinājums: tas ir izdzīvošanas jautājums
PFA priekšrocība salīdzinājumā ar PTFE siltummaini augstās temperatūrās nav neapstrādāta termiskā veiktspēja, bet gan izdzīvošanas jautājums. PTFE mīkstina, rāpo un sabojājas 150 grādu leņķī, savukārt PFA ir izturīgs, stabils un ķīmiski inerts. Abu materiālu kopējie siltuma pārneses koeficienti ir praktiski vienādi pie tāda paša sienu biezuma, taču tam nav nozīmes, jo PTFE nevar izmantot šajā temperatūrā. PFA ir termiskais čempions, var izturēt karstumu. Optimālais materiāls ir tas, kas joprojām pastāv procesa temperatūrā, un 150 grādu kodīgai plūsmai PFA ir šis materiāls.