La Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) et le Heat Exchange Institute (HEI) publient des normes largement utilisées qui incluent des recommandations sur les facteurs d'encrassement et les marges de conception. Comprendre ce que fournissent ces normes-et leurs limites concernant le PTFE-est essentiel pour la conception sonore. Ces directives, principalement développées pour les échangeurs métalliques, offrent une base de référence qui nécessite une adaptation minutieuse lorsqu'elles sont appliquées aux unités PTFE.
L’approche TEMA des marges de zone
TEMA fournit le cadre le plus complet pour la conception d'échangeurs de chaleur à calandre-et-à tubes. LeDirectives de marge de surface de l'échangeur de chaleur TEMA HEIdiffèrent fondamentalement dans leur méthodologie. TEMA impose explicitement des marges de zone via deux mécanismes : les facteurs d'encrassement et la « règle des 10/13 ».
Tableaux des facteurs d'encrassement
TEMA publie des tableaux de valeurs de bonnes pratiques recommandées (RGP) de résistance à l'encrassement pour divers fluides, notamment l'eau, les produits chimiques, les huiles et les gaz-20. Un facteur d'encrassement est la résistance thermique unitaire de surface provoquée par une couche déposée, généralement exprimée en m²·K/W [2†L17-L20]. Ces valeurs ajoutent une résistance thermique qui force une surface supplémentaire lors des calculs de dimensionnement, créant ainsi une marge contre une dégradation future des performances.
Pour un designer, ces valeurs TEMA servent de point de départ. Cependant, les critiques notent que de nombreux facteurs d'encrassement TEMA ont été établis dans les années 1940 avec peu de données à l'appui et ont très peu changé depuis 20-25. Dans la pratique, les facteurs TEMA sont souvent considérés comme trop élevés pour de nombreux services propres, mais potentiellement insuffisants pour des conditions d'encrassement graves-25.
La règle TEMA 10/13
Le paragraphe TEMA R-4.22 (édition 2019) stipule qu'un échangeur de chaleur doit être fourni avec10 % sur-surfaceau-delà de l'exigence de propreté-plus-encrassement, et la sur-conception ne doit pas dépasser13%du droit spécifié-1. La surface de 10 %-garantit une zone conductrice supplémentaire une fois l'encrassement pris en compte, tandis que le plafond de surconception de 13 % empêche un surdimensionnement important qui pourrait créer de faibles vitesses et accélérer l'encrassement.
La règle est obligatoire lorsque la classe TEMA R-(service pétrole/raffinerie) est spécifiée et que l'échangeur est process-sur-process ou process-sur-utility-1. La conformité implique de calculer la zone encrassée requise (Adirty), de la multiplier par 1,10 pour obtenir le minimum de 10 % sur-surface, puis de s'assurer que la surconception résultante (surconsommation thermique) ne dépasse pas 13 %-1.
La méthode HEI pour les condenseurs à surface de vapeur
L'HEI propose une approche différente à travers sesNormes pour les condenseurs à surface de vapeur, maintenant dans sa 12e édition-. HEI utilise unfacteur de propretéplutôt qu'une résistance explicite à l'encrassement-. Le facteur de propreté est un multiplicateur sans dimension appliqué au coefficient de transfert de chaleur propre (Uclean). Un facteur de 0,85 signifie que la valeur U de conception est de 0,85 × Uclean, ce qui nécessite effectivement environ 18 % de surface en plus qu'une unité parfaitement propre.
Le facteur de propreté HEI tient compte non seulement de l'encrassement des dépôts, mais également de facteurs tels que l'-accumulation de gaz non condensables et la réduction des performances liées à la liaison de l'air-17. Pour différents matériaux de tubes, les facteurs de propreté de conception typiques varient : les tubes en laiton sont généralement conçus à 0,85, tandis que l'acier inoxydable et les alliages super-ferritiques peuvent être conçus à 0,90 pour le même service d'eau-17.
En pratique, les facteurs de propreté mesurés ont tendance à être inférieurs. Pour un condenseur de vapeur en surface, des valeurs de pré-nettoyage de 0,540 à 0,575 et de post-valeurs de 0,692 à 0,737 ont été rapportées-, bien que les valeurs de conception restent plus élevées pour garantir un fonctionnement fiable.
Adaptation des directives TEMA et HEI pour les échangeurs de chaleur en PTFE
Ni les normes TEMA ni HEI ne concernent directement tous les-échangeurs à coque en PTFE-et-échangeurs à tubes. L'ingénieur doit faire preuve de jugement. Le principe directeur demeure : appliquer la marge minimale nécessaire pour répondre à la garantie du procédé avec une fréquence de nettoyage raisonnable.
Tolérances d'encrassement réduites
Le PTFE a des propriétés de surface fondamentalement différentes de celles des métaux. La faible énergie de surface (environ 18,5 dynes/cm) et la nature antiadhésive inhérente du PTFE signifient que de nombreux dépôts n'adhèrent pas aussi facilement. Les facteurs d'encrassement standard TEMA, issus de l'expérience des échangeurs métalliques, sont inutilement conservateurs lorsqu'ils sont appliqués au PTFE. Un examen systématique des articles de la gamme TEMA pour un service donné, suivi d'une réduction délibérée basée sur les avantages attendus de la surface PTFE, constitue donc une étape de conception critique.
RE-Évaluer la règle des 10/13
Pour les échangeurs PTFE, l'exigence de 10 % sur-surface reste un minimum judicieux. Cependant, étant donné que la surface en PTFE réduit l'accumulation réelle d'encrassement, le concepteur n'a peut-être pas besoin d'ajouter un facteur d'encrassement important.au sommet deles 10 % sur-surface. Une approche Lean utilise un facteur d'encrassement réduit combiné à l'obligation de 10 % sur-surface pour atteindre une marge totale de peut-être 15 à 25 % pour de nombreux services, contre 30 à 40 % pour un échangeur métallique à usage identique.
Facteurs de propreté HEI pour le PTFE
Pour les fonctions de condensation, le facteur de propreté HEI peut être ajusté à la hausse pour les tubes PTFE. Un condenseur à tubes métalliques-peut être conçu avec un facteur de propreté de 0,85. Un condenseur à tubes en PTFE-avec la même eau de refroidissement pourrait raisonnablement utiliser 0,90 ou plus, car la réduction du tartre et de la bio-adhérence maintient la surface propre pendant de plus longues périodes.
Recommandations pratiques
| Standard | Mécanisme | Valeur typique | Adaptation recommandée pour le PTFE |
|---|---|---|---|
| TEMA | Facteur d'encrassement (Rf) | Valeurs de table dépendantes du fluide- | Utilisez l'extrémité inférieure de la plage TEMA ou réduisez-la de 30 à 50 % |
| TEMA | Règle du 10/13 | 10 % minimum sur la-surface, 13 % maximum sur-conception | Conserver 10 %, utiliser un facteur d'encrassement réduit |
| HEI | Facteur de propreté | 0,85 pour le laiton, 0,90 pour l'acier inoxydable | Augmenter de 0,03 à 0,05 (par exemple, 0,88 à 0,95) |
La responsabilité de déterminer les tolérances d'encrassement appropriées incombe en fin de compte à l'utilisateur, et non au fournisseur d'équipement, car la société exploitante possède l'expérience la plus directe du processus spécifique-20. Lorsqu'aucune donnée interne-sur l'encrassement n'existe, commencer par les valeurs TEMA ou HEI publiées, puis appliquer un facteur de réduction spécifique au PTFE est une approche justifiable.
Conclusion
Les normes industrielles telles que TEMA et HEI offrent une base de référence pour les marges de surface des échangeurs de chaleur, mais la conception optimisée des échangeurs en PTFE adapte ces directives en fonction des propriétés uniques du matériau et de l'expérience sur le terrain. TEMA fournit des tableaux de facteurs d'encrassement et la règle 10/13, tandis que HEI utilise des facteurs de propreté pour les condenseurs à surface de vapeur. Les deux ensembles de valeurs ont été développés pour les échangeurs métalliques et ont tendance à être trop conservateurs lorsqu'ils sont appliqués au PTFE. Un concepteur doit prendre en compte la réduction des facteurs d'encrassement, conserver le minimum de 10 % sur-surface et ajuster les facteurs de propreté à la hausse pour les tâches de condensation. Les normes constituent un cadre et ne remplacent pas l’analyse technique. Un échangeur de chaleur en PTFE de bonne taille-équilibre le coût de la surface supplémentaire par rapport au risque de sous-performance, en utilisant les directives publiées comme point de départ plutôt qu'une prescription rigide.
