L'exigence de drainage
Une grille d'échangeur de chaleur horizontale en PTFE s'appuie sur la gravité pour évacuer les condensats des tubes vers le collecteur de condensats et du collecteur vers le purgeur de vapeur. Si la pente est insuffisante, de la condensation s'accumule dans les tubes et le collecteur. Le condensat accumulé réduit la surface de transfert de chaleur efficace, provoque des coups de bélier lorsque les bulles de vapeur s'effondrent dans le liquide sous-refroidi et crée un environnement corrosif dans les systèmes métalliques. Dans les systèmes PTFE, le problème de corrosion est absent, mais la perte par transfert de chaleur et les coups de bélier demeurent.
La pente minimale pour l'évacuation des condensats est déterminée par la nécessité de surmonter les forces de tension superficielle qui retiennent les gouttelettes de condensat sur la paroi du tube et par la résistance de friction pour s'écouler dans le collecteur.
La détermination de la pente
Le condensat dans un tube incliné s'écoule sous la forme d'une couche stratifiée -liquide au fond, vapeur au-dessus. La force motrice de l'écoulement est la composante de la gravité le long de la pente : F=m × g × sin(θ), où m est la masse de condensat, g est la gravité et θ est l'angle de la pente. Cette force doit vaincre la contrainte de cisaillement de la paroi à l'endroit où le condensat entre en contact avec la paroi du tube.
Pour les tubes PTFE, la faible énergie de surface constitue un avantage. Les gouttelettes d'eau sur le PTFE ont un angle de contact élevé (environ 108 degrés). Ils perlent plutôt que de mouiller la surface. Les billes s'enroulent plus facilement qu'un film continu. La pente requise pour initier le mouvement des gouttelettes sur le PTFE est plus faible que sur une surface métallique mouillable.
Les données expérimentales et l'expérience sur le terrain indiquent qu'une pente de 1:100 (1 cm par mètre, environ 0,57 degré) est suffisante pour une évacuation fiable des condensats dans les tubes en PTFE. Une pente de 1:50 (2 cm par mètre, environ 1,15 degré) offre une marge pour les tolérances de fabrication et la flexion du cadre sous charge.
| Paramètre de drainage | Tube métallique | Tube en PTFE |
|---|---|---|
| Pente minimale pour le mouvement des gouttelettes | 1:50 (1,15 degré) | 1:200 (0,29 degrés) |
| Pente minimale recommandée (conception) | 1:50 | 1:100 (0,57 degrés) |
| Pente recommandée avec marge | 1:30 | 1:50 (1,15 degré) |
| Angle de contact de l'eau sur la surface | 30-60 degrés (oxyde hydrophile) | 108 degrés (hydrophobe) |
| Mécanisme de drainage | Flux de films | Flux de gouttelettes/perles |
La pente du collecteur
Le collecteur de condensats collecte le condensat de plusieurs tubes et le refoule vers le raccord du purgeur de vapeur. La pente du collecteur doit s'adapter au débit accumulé de tous les tubes connectés. Le diamètre du collecteur est plus grand que celui des tubes individuels et le débit de condensat est la somme de toutes les contributions des tubes.
Pour un collecteur desservant 20 tubes produisant chacun 0,5 kg/h de condensats, le débit total est de 10 kg/h-environ 10 litres par heure d'eau chaude. Il s'agit d'un petit débit pour un collecteur de 40 à 50 mm de diamètre. La principale préoccupation du drainage n'est pas la capacité d'écoulement mais l'évacuation complète du collecteur pour éviter toute eau stagnante.
Le collecteur doit être incliné continuellement vers le raccordement du purgeur de vapeur d'au moins 1:100. La connexion du piège doit être au point le plus bas du collecteur. Aucune partie de l'en-tête ne doit être inférieure à la connexion du piège - pas d'affaissements, pas de poches.
La vérification de l'installation
Lors de l'installation, la pente du faisceau de tubes et du collecteur de condensats doit être vérifiée avec un niveau à bulle ou un niveau laser. La pente spécifiée (1:50 ou 1:100) est suffisamment petite pour être imperceptible à l'œil nu. S'appuyer sur le jugement visuel conduit à des installations de niveau qui ne s'écoulent pas.
Après l'installation, un test de drainage peut être effectué en introduisant de l'eau dans l'entrée de vapeur et en vérifiant qu'elle s'écoule complètement de la sortie des condensats sans accumulation. Toute eau résiduelle indique un point bas qui doit être corrigé en ajustant les supports du cadre.
Résumé
Une pente du collecteur de condensats de 1:100 (0,57 degrés) est le minimum recommandé pour les grilles d'échangeurs de chaleur horizontales en PTFE, avec 1:50 (1,15 degrés) offrant une marge pour les tolérances de fabrication. La surface hydrophobe du PTFE permet un drainage fiable des gouttelettes sur des pentes moins profondes que les tubes métalliques. La pente doit être vérifiée lors de l'installation avec un niveau-elle est trop petite pour en juger visuellement. Un test de drainage post-installation confirme l'élimination complète des condensats.
Une assistance technique pour la conception du drainage de l'échangeur de chaleur en PTFE est disponible sur soumission des dimensions du faisceau de tubes, du nombre de tubes, de la pression de vapeur et de la charge de condensat.
