Karsta, kodīga procesa plūsma ir 150 grādu temperatūrā. PTFE, klasiskais fluorpolimērs siltummaiņiem, ir pilnīgi nepiemērots šai temperatūrai; tas mīkstinātu un neizdosies. PFA, tā tuvs ķīmiskais radinieks, ir pilnīgi ērts. Abi materiāli ir lieliski izolatori, un to neapstrādātā, iekšējā spēja vadīt siltumu ir gandrīz identiska. PFA siltummaiņa termiskā uzvara 150 grādu temperatūrā nav tāpēc, ka tas ir labāks vadītājs, bet vienkārši tāpēc, ka tā joprojām ir cieta, spēcīga caurule šajā temperatūrā, kas nodrošina siltuma apmaiņas pienākumu, ko PTFE pat nevar mēģināt. Izpratne parPFA vs PTFE siltuma pārneses koeficients 150 grādisalīdzināšanai ir jāskatās tālāk par siltumvadītspējas skaitli un jākoncentrējas uz maksimālo ekspluatācijas temperatūru.

Siltumvadītspēja: gandrīz identisks izolators

Gan PTFE (politetrafluoretilēna), gan PFA (perfluoralkoksialkāna) siltumvadītspēja ir diapazonā no 0,20 līdz 0,25 W/m·K tipiskās procesa temperatūrās. Šīs vērtības ir gandrīz neatšķiramas inženiertehniskos nolūkos. Ar tādu pašu sieniņu biezumu (piemēram, 1 mm maza diametra caurulei vai 2 mm lielākam apvalka un cauruļu siltummainim) no jebkura materiāla izgatavotas caurules vadošā siltuma pretestība būtībā būs vienāda. Tāpēc PFA apmaiņas apmaiņas kopējais siltuma pārneses koeficients (U-vērtība) ir līdzīgs PTFE apmaiņas koeficientam ar līdzvērtīgu konstrukciju, -pieņemot, ka abi tiek darbināti attiecīgajās temperatūras robežās.

Galvenā, nepārvaramā PFA priekšrocība ir tā augstāka nepārtraukta darba temperatūra 260 grādi, salīdzinot ar PTFE praktisko ierobežojumu iegremdējamā sildītāja vai siltummaiņa darbībai, kas ir aptuveni 110–120 grādi ūdens vidē (un nedaudz augstāka dažos sausos vai neoksidējošos apstākļos). Tas ļauj PFA apmaiņai apstrādāt šķidrumus 150 grādu temperatūrā, izmantojot daudz lielāku logaritmisko vidējo temperatūras starpību (LMTD) vienam un tam pašam darbam, kā rezultātā tiek iegūts mazāks un rentablāks siltummainis. Uzvara nav vadītspējas ciparā, bet gan materiāla spējā parādīties cīņai.

PFA uzvar termiskajā cīņā nevis ar to, ka ir ātrāks skrējējs, bet gan ar to, ka vispār tiek ielaists trasē. 150 grādos PTFE nav konkurents-tas jau ir atstājis laukumu.

Kāpēc PTFE nevar izmantot apmaiņas servisā 150 grādu leņķī?

Mehāniskā mīkstināšana un šļūde

Nepārtrauktas iegremdēšanas laikā PTFE sāk mīkstināt un zaudēt mehānisko izturību virs aptuveni 110–120 grādiem. Lai gan PTFE teorētiskā kušanas temperatūra ir 327 grādi, tajā notiek kristāliskā fāzes pāreja aptuveni 19 grādos un vēl viena aptuveni 30 grādos, un virs 100 grādiem amorfie apgabali kļūst arvien kustīgāki. Siltummainī, kur caurules tiek pakļautas iekšējam spiedienam, ārējam spiedienam un termiskās izplešanās spriedzei, PTFE caurules 150 grādu leņķī slīd, deformēsies un galu galā sabruks vai plīsīs. Materiālam ir arī augsts termiskās izplešanās koeficients (apmēram 10 reizes lielāks nekā tēraudam), kas izraisa pārmērīgu cauruļu nokarāšanos un mehānisku nogurumu paaugstinātā temperatūrā.

Praktiskā pieredze

Lauka pieredze un ražotāja vadlīnijas nosaka, ka PTFE siltummaiņa cauruļu drošas nepārtrauktas darbības ierobežojums ir 110 grādi lielākajai daļai korozīvu ūdens pakalpojumu. Īsām ekskursijām līdz 120 grādiem daži dizaini var būt pieņemami, bet 150 grādi stingri atrodas ārpus drošā aploksnes. Turpretim PFA saglabā savu mehānisko integritāti un ķīmisko izturību līdz 260 grādiem, bez fāzes pārejām, kas izraisa izmēru nestabilitāti.

Kopējais siltuma pārneses koeficients (U vērtība) pie 150 grādiem

Līdzīga U vērtība ar līdzvērtīgu dizainu

Hipotētiskajam scenārijam, kurā PTFE varētu izdzīvot 150 grādu leņķī, PFA apmaiņas un PTFE apmaiņas ar identisku ģeometriju (caurules diametrs, sieniņu biezums, caurules izkārtojums un šķidruma ātrums) U vērtība būtu gandrīz vienāda. Caurules sienas vadošā pretestība ir tikai viena no kopējās termiskās pretestības sastāvdaļām. Pārējās sastāvdaļas -caurules puses konvekcija, korpusa konvekcija un piesārņojuma pretestība-ir identiskas tām pašām šķidruma īpašībām un ātrumiem. Tā kā PTFE un PFA siltumvadītspējas ir praktiski identiskas, U vērtība atšķiras par mazāk nekā 5%.

Praktiska priekšrocība: lielāks LMTD

Tā kā PTFE nevar darboties 150 grādu temperatūrā, praktiski nevar salīdzināt divus materiālus vienā temperatūrā. Tā vietā PFA apmainītāju var izmantot, lai atdzesētu 150 grādu straumi ar, piemēram, 30 grādu dzesēšanas ūdeni, radot aptuveni 80–100 grādu LMTD. PTFE siltummainim, kas ierobežots līdz 110 grādu karstās puses ieplūdes temperatūrai, tam pašam dzesēšanas ūdenim LMTD būtu tikai 40–50 grādi. Lai pārnestu tādu pašu siltuma jaudu, PTFE apmaiņai būtu nepieciešams aptuveni divreiz lielāks virsmas laukums,{11}}ja tas vispār varētu darboties. Patiesībā PTFE opcija tik augstā temperatūrā vienkārši nav pieejama.

Praktiskās atlases vadlīnijas

Secinājums: izdzīvošana kā izšķirošais faktors

Salīdzinājums starp PFA un PTFE siltummaini augstās temperatūrās ir vienkāršs izdzīvošanas, nevis neapstrādātas termiskās veiktspējas jautājums. 150 grādu temperatūrā PTFE mīkstina, ložņā un sabojājas, savukārt PFA paliek stipra, stabila un ķīmiski inerta. Abu materiālu kopējie siltuma pārneses koeficienti ir gandrīz identiski vienā sienu biezumā, taču šim faktam nav nozīmes, jo PTFE nevar izmantot šajā temperatūrā. PFA ir termiskais čempions tikai tāpēc, ka tas spēj izturēt siltumu. Labākais materiāls ir tas, kas joprojām pastāv procesa temperatūrā, un 150 grādu kodīgai plūsmai šis materiāls ir PFA.