Sıcak, aşındırıcı bir işlem akışı 150 derecededir. Isı eşanjörleri için klasik floropolimer olan PTFE, bu sıcaklıkta tamamen uygun değildir; yumuşar ve başarısız olur. Yakın kimyasal akrabası olan PFA son derece rahattır. Her iki malzeme de mükemmel yalıtkanlardır ve ısıyı iletme konusundaki doğal yetenekleri neredeyse aynıdır. Bir PFA eşanjörünün 150 derecede termal zaferi, daha iyi bir iletken olmasından değil, sadece o sıcaklıkta hala sağlam, güçlü bir tüp olmasından ve PTFE'nin bile başaramayacağı bir ısı değişim görevini mümkün kılmasından kaynaklanmaktadır. AnlamakPFA ve PTFE ısı transfer katsayısı 150 derecekarşılaştırma, termal iletkenlik sayısının ötesine bakmayı ve maksimum servis sıcaklığına odaklanmayı gerektirir.

Isı İletkenliği: Neredeyse Aynı Yalıtkan

Hem PTFE'nin (politetrafloroetilen) hem de PFA'nın (perfloroalkoksi alkan) termal iletkenliği, tipik proses sıcaklıklarında 0,20–0,25 W/m·K aralığındadır. Bu değerler mühendislik açısından neredeyse ayırt edilemez. Aynı duvar kalınlığında (örneğin, küçük çaplı bir tüp için 1 mm veya daha büyük bir kabuk-borulu eşanjör için 2 mm), her iki malzemeden yapılmış bir tüpün iletken termal direnci esasen aynı olacaktır. Bu nedenle, bir PFA eşanjörünün genel ısı transfer katsayısı (U değeri), eşdeğer bir tasarım için bir PTFE eşanjörününkine benzerdir-her ikisinin de kendi sıcaklık sınırları dahilinde çalıştırıldığı varsayılırsa.

PFA'nın en önemli ve en büyük avantajı, sulu ortamlarda yaklaşık 110-120 derece olan (ve bazı kuru veya oksitleyici olmayan koşullarda biraz daha yüksek) daldırma tipi ısıtıcı veya ısı eşanjörü hizmeti için PTFE'nin pratik sınırıyla karşılaştırıldığında, 260 derecelik daha yüksek sürekli hizmet sıcaklığıdır. Bu, bir PFA eşanjörünün aynı görev için çok daha büyük bir logaritmik ortalama sıcaklık farkı (LMTD) kullanarak sıvıları 150 derecede işlemesine olanak tanır, bu da daha küçük ve daha uygun maliyetli bir ısı eşanjörüyle sonuçlanır. Zafer iletkenlik sayısında değil, malzemenin mücadeleye hazır olma yeteneğindedir.

PFA, termal savaşı daha hızlı bir koşucu olarak değil, piste çıkmasına izin verildiği için kazanır. 150 derecede PTFE rakip değildir-zaten alanı terk etmiştir.

Eşanjör Servisinde PTFE Neden 150 Derecede Kullanılamaz?

Mekanik Yumuşama ve Sünme

Sürekli daldırma servisinde PTFE yaklaşık 110–120 derecenin üzerinde yumuşamaya ve mekanik mukavemetini kaybetmeye başlar. PTFE'nin teorik erime noktası 327 derece iken, yaklaşık 19 derecede kristal faz geçişine ve 30 derece civarında başka bir kristal faz geçişine uğrar ve 100 derecenin üzerinde amorf bölgeler giderek daha hareketli hale gelir. Boruların iç basınca, dış basınca ve termal genleşme streslerine maruz kaldığı bir ısı eşanjöründe, 150 derecede PTFE borular sürünecek, deforme olacak ve sonunda çökecek veya kopacaktır. Malzeme ayrıca yüksek bir termal genleşme katsayısı (çeliğin yaklaşık 10 katı) sergiler ve bu da borunun aşırı sarkmasına ve yüksek sıcaklıklarda mekanik yorgunluğa yol açar.

Pratik Deneyim

Saha deneyimi ve üretici kılavuzları, çoğu aşındırıcı sulu hizmet için PTFE ısı eşanjörü borularının güvenli sürekli çalışma sınırını 110 dereceye yerleştirmektedir. 120 dereceye kadar kısa geziler için bazı tasarımlar kabul edilebilir, ancak 150 derece kesinlikle güvenli alanın dışındadır. Buna karşılık PFA, boyutsal kararsızlığa neden olan hiçbir faz geçişi olmadan mekanik bütünlüğünü ve kimyasal direncini 260 dereceye kadar korur.

150 derecede Genel Isı Transfer Katsayısı (U-Değeri)

Eşdeğer Tasarımda Benzer U Değeri

PTFE'nin 150 derecede hayatta kalabileceği varsayımsal bir senaryo için, bir PFA değiştiricinin ve aynı geometriye (boru çapı, duvar kalınlığı, boru düzeni ve akışkan hızları) sahip bir PTFE değiştiricinin U değeri neredeyse aynı olacaktır. Tüp duvarının iletken direnci genel termal direncin yalnızca bir bileşenidir. Diğer bileşenler (-boru tarafı konveksiyonu, kabuk tarafı konveksiyonu ve kirlenme direnci- aynı akışkan özellikleri ve hızları için aynıdır. PTFE ve PFA'nın termal iletkenlikleri neredeyse aynı olduğundan U değeri %5'ten daha az farklılık gösterir.

Pratik Avantajı: Daha büyük LMTD

PTFE 150 derecede çalışamadığı için pratik karşılaştırma aynı sıcaklıktaki iki malzeme arasında yapılmaz. Bunun yerine, 150 derecelik bir akışı örneğin 30 derecelik soğutma suyuyla soğutmak için bir PFA değiştirici kullanılabilir ve yaklaşık 80-100 derecelik bir LMTD üretilebilir. Sıcak taraf giriş sıcaklığı 110 derece ile sınırlı olan bir PTFE eşanjörünün aynı soğutma suyu için LMTD'si yalnızca 40-50 derece olacaktır. Aynı ısı görevini aktarmak için PTFE eşanjörünün çalışabilmesi durumunda-yaklaşık iki kat yüzey alanına ihtiyacı olacaktır. Gerçekte bu kadar yüksek bir sıcaklık için PTFE seçeneği mevcut değildir.

Pratik Seçim Kuralları

Sonuç: Karar Veren Faktör Olarak Hayatta Kalma

Yüksek sıcaklıklarda bir PFA ile PTFE eşanjörü arasındaki karşılaştırma, ham termal performans değil, basit bir hayatta kalma meselesidir. 150 derecede PTFE yumuşar, sürünür ve başarısız olur; PFA ise güçlü, stabil ve kimyasal olarak inert kalır. İki malzemenin genel ısı transfer katsayıları aynı duvar kalınlığında hemen hemen aynıdır, ancak PTFE'nin bu sıcaklıkta kullanılamaması nedeniyle bu durum önemsizdir. PFA, ısıya dayanabildiği için termal şampiyondur. En iyi malzeme hala proses sıcaklığında duran malzemedir ve 150 derecelik korozif akıntı için bu malzeme PFA'dır.