O quebra-cabeça Flash Steam
Um trocador de calor de PTFE produz o que parece ser vapor flash excessivo na linha de retorno de condensado. O purgador de vapor foi substituído por uma nova unidade do tamanho correto. A armadilha funciona normalmente. No entanto, a linha de retorno do condensado permanece cheia de vapor, o receptor de condensado libera vapor continuamente e a perda de energia é visível no consumo de combustível da caldeira.
A suposição natural é que o purgador de vapor está soprando-permitindo a passagem do vapor vivo. Mas os testes confirmam que a armadilha está intacta. A temperatura do condensado que entra no purgador está na temperatura de saturação ou próxima dela. A questão não é uma armadilha com defeito. Acontece que o trocador de calor de PTFE está produzindo condensado com entalpia incomumente alta, mais próximo da saturação do que o condensado subresfriado típico dos trocadores metálicos. A física da transferência de calor no PTFE explica porquê.
O déficit de sub-resfriamento
Em um trocador de calor metálico, a temperatura da parede do tubo é quase uniforme do lado do vapor para o lado do processo. A temperatura da superfície externa está próxima da temperatura de saturação do vapor. O condensado drenado ao longo da parede do tubo está em contato com uma superfície quase tão quente quanto o vapor que o produziu. O condensado sai do trocador próximo à temperatura de saturação.
Em um trocador de calor de PTFE, existe um gradiente de temperatura significativo na parede do tubo. A superfície externa em contato com o fluido do processo é 20-40 graus mais fria que a superfície interna em contato com o vapor. A drenagem do condensado ao longo da parede interna está em contato com a superfície do lado do vapor, que está na temperatura de saturação ou próxima dela. A temperatura do condensado permanece próxima da saturação durante a drenagem.
No entanto, o condensado sofre algum sub-resfriamento à medida que passa pelo coletor de condensado e se aproxima do purgador. A magnitude deste sub-resfriamento depende do comprimento do caminho do fluxo de condensado, da temperatura do coletor e da perda de calor do coletor para o ambiente.
Em um trocador de PTFE, a menor massa térmica dos coletores e o design compacto geralmente significam que há menos oportunidades de subresfriamento antes que o condensado chegue ao purgador. O condensado que chega ao purgador é subresfriado de 2 a 5 graus, comparado ao subresfriamento de 10 a 20 graus típico de grandes trocadores metálicos. O subresfriamento mais baixo significa que uma fração maior do condensado transforma-se em vapor quando passa pelo purgador e despressuriza.
| Parâmetro Flash Steam | Trocador Metálico | Trocador de calor PTFE |
|---|---|---|
| Temperatura do condensado na entrada do purgador | 125-135 graus (subresfriamento de 10-20 graus a partir de saturação de 143 graus) | 138-141 graus (subresfriamento de 2-5 graus) |
| Fração de vapor flash na descarga atmosférica | 5-10% | 10-14% |
| Aparência da linha de retorno de condensado | Vapor intermitente; principalmente líquido | Vapor contínuo; fluxo bifásico-de alta-velocidade |
| Perda de energia por serviço de 100 kW (equivalente a kW) | 3-5 | 5-7 |
| Frequência do ciclo de armadilha | 4-10 ciclos/minuto | 2-5 ciclos/minuto (maior volume por ciclo) |
A solução de recuperação de energia
A maior taxa de vapor flash de um trocador de PTFE não é um mau funcionamento-é uma consequência da transferência de calor eficiente que deixa o condensado próximo à saturação. O vapor flash representa energia recuperável. A solução não é reduzir o vapor flash no trocador, mas recuperá-lo a jusante.
Um sistema de recuperação de vapor flash captura o vapor flash da ventilação do receptor de condensado e o utiliza para aplicações de aquecimento de-pressão mais baixa-pré-aquecimento de água de alimentação, aquecimento de ambiente ou aquecimento de processo-de baixa temperatura. A energia recuperada compensa o consumo de combustível da caldeira. A eficiência líquida do sistema, incluindo a recuperação, pode exceder a de um trocador metálico com menor vapor flash, mas também menor eficiência de transferência de calor.
Para instalações sem recuperação de vapor flash existente, a maior taxa de flash dos trocadores de PTFE pode justificar o investimento em equipamentos de recuperação. As poupanças de energia resultantes da recuperação aplicam-se a todos os permutadores do sistema de condensado e não apenas às unidades de PTFE.
Verificando o desempenho da armadilha
Antes de atribuir alto vapor flash às características do PTFE, verifique se o purgador está dimensionado e funcionando corretamente. Um purgador muito pequeno irá acumular condensado no trocador, reduzindo a transferência de calor. Um purgador muito grande irá circular com pouca frequência e poderá permitir alguma passagem de vapor vivo durante o ciclo aberto.
O tamanho correto do purgador é determinado pela carga de condensado em plena operação térmica, com um fator de segurança de 1,5-2,0 para condições de inicialização. O purgador deve ser do tipo flutuante-e-termostato para modular cargas de condensado típicas de processos com temperatura controlada. A ventilação termostática deve estar funcional para evitar o acúmulo de ar.
A medição da temperatura do condensado na entrada do purgador confirma o nível de subresfriamento. Um termopar de contato ou termômetro infravermelho fornece precisão adequada. Se o sub-resfriamento exceder 10 graus, o purgador poderá estar inundando o trocador-um problema diferente que requer investigação da contrapressão do sistema de retorno de condensado.
Resumo
O vapor flash excessivo de um trocador de calor de PTFE com um purgador de vapor funcionando corretamente é causado pelo baixo subresfriamento do condensado que sai do trocador-normalmente de 2 a 5 graus versus 10 a 20 graus para trocadores metálicos. Isto é uma consequência das características de transferência de calor do PTFE e não um mau funcionamento. O vapor flash representa energia recuperável que pode ser capturada através de um sistema de recuperação de vapor flash, melhorando a eficiência energética geral da planta.
A verificação do tamanho do purgador e da temperatura do condensado confirma que o sistema está operando conforme projetado. O sub-resfriamento significativamente maior que 5 graus indica um problema diferente-inundação de condensado-que requer investigação separada.
O suporte de engenharia para análise do sistema de condensado do trocador de calor de PTFE e avaliação da recuperação de vapor flash está disponível mediante envio de pressão de vapor, medições de temperatura de condensado, especificações de purgadores e configuração atual do sistema de condensado.
