Како се укупан коефицијент преноса топлоте измењивача ПФА у поређењу са ПТФЕ измењивачем на 150 степени?

Врући, корозивни процесни ток на 150 степени. ПТФЕ је типичан флуорополимер за измењиваче топлоте, али је потпуно неприкладан на овој температури, ослабио би и пропао. Његов блиски хемијски рођак ПФА је савршено пријатан. Оба материјала су веома добри изолатори, а њихова сирова, основна способност да проводе топлоту је скоро слична. Топлотна предност ПФА измењивача на 150 степени није због тога што је супериоран проводник, већ једноставно зато што је на тој температури и даље чврста, јака цев, способна да изврши задатак размене топлоте о коме ПТФЕ не може ни да помисли. Да би се разумело поређење ПФА и ПТФЕ коефицијента преноса топлоте на 150 степени, потребно је погледати даље од броја топлотне проводљивости и фокусирати се на максималну температуру рада.

Топлотна проводљивост: Скоро идеалан изолациони материјал
Топлотна проводљивост и ПТФЕ (политетрафлуороетилена) и ПФА (перфлуороалкокси алкана) је у опсегу од 0,20 до 0,25 В/м·К при типичним температурама обраде. За инжењерске сврхе ови бројеви се практично не разликују. Проводни топлотни отпор цеви састављене од било ког материјала биће практично исти за исту дебљину (нпр. 1 мм за цев малог пречника или 2 мм за већи измењивач омотача и цеви). Због тога је укупан коефицијент преноса топлоте (У-вредност) ПФА измењивача сличан коефицијенту ПТФЕ измењивача истог дизајна, све док се оба користе у оквиру својих ограничења температуре.

Главна превасходна предност ПФА је виша континуирана радна температура од 260 степени у поређењу са практичним ограничењем ПТФЕ-а за рад грејача или измењивача топлоте који је око 110-120 степени у воденом окружењу (и нешто виши у неким сувим или неоксидирајућим условима). Ово омогућава ПФА измењивачу да ради на 150 степени са далеко већом логаритамском средњом температурном разликом (ЛМТД) за исти посао, што резултира мањим и економичнијим измењивачем топлоте. Победа није у количини проводљивости, већ у способности материјала да се покаже у борби.

ПФА побеђује у топлотном рату, не зато што трчи брже, већ зато што је дозвољено на стази. На 150 степени ПТФЕ није конкурент - већ је напустио терен.

Зашто ПТФЕ није погодан за сервис размењивача топлоте на 150 степени
Механичко омекшавање и пузање
У континуираној употреби потапања, ПТФЕ почиње да слаби и губи своју механичку чврстоћу на око 110–120 степени. ПТФЕ има теоретску тачку топљења од 327 степени, али пролази кроз промену кристалне фазе на око 19 степени и поново на око 30 степени, при чему аморфне области почињу да добијају покретљивост на температурама које прелазе 100 степени. ПТФЕ цеви на 150 степени ће пузати, деформисати се и на крају се срушити или сломити у измењивачима топлоте где су цеви подложне унутрашњем притиску, спољашњем притиску и силама топлотног ширења. Материјал такође има висок коефицијент топлотног ширења (око 10 пута већи од челика) што узрокује прекомерно спуштање цеви и механички замор на високим температурама.

Практично{0}}искуство
ПТФЕ цеви размењивача топлоте су генерално одредили произвођачи и искуство на терену да имају безбедну континуалну радну границу од 110 степени за већину корозивних водених услуга. Неки дизајни могу бити у реду за кратка путовања до 120 степени, али 150 степени је далеко изнад безбедног опсега. Насупрот томе, ПФА задржава свој механички интегритет и хемијску отпорност до 260 степени, без фазних промена које узрокују нестабилност димензија.

Укупни коефицијент преноса топлоте (У-вредност) на 150 степени
Еквивалентан дизајн сличан У-вредности
У замишљеном случају где би ПТФЕ могао да буде стабилан на 150 степени, У-вредност измењивача ПФА и ПТФЕ измењивача истих геометријских параметара (пречник цеви, дебљина зида, распоред цеви и брзине флуида) би биле прилично сличне. Електрични отпор зида цеви је само део укупног топлотног отпора. Остали отпори (конвекција и загађивање) су исти за исте карактеристике течности и брзине. Топлотне проводљивости ПТФЕ и ПФА су скоро упоредиве, тако да вредност У- има разлику од највише 5%.

Практична предност: Виша ЛМТД
Практично поређење није два материјала на истој температури јер ПТФЕ не може да ради на 150 степени. Уместо тога, ПФА измењивач се може користити за хлађење струје од 150 степени са, на пример, водом за хлађење од 30 степени, што даје ЛМТД од око 80-100 степени. За исту расхладну воду, ПТФЕ измењивач, ограничен на улазну температуру вруће стране од 110 оЦ, имао би ЛМТД од само 40-50 оЦ. ПТФЕ измењивачу би била потребна скоро дупло већа површина да би обавио исти посао преноса топлоте – ако би уопште могао да ради. Али опција ПТФЕ у ствари не постоји за тако високу температуру.

Практични савети за избор
Параметар ПТФЕ измењивач ПФА измењивач
Макс. континуирана радна температура (водена) 110-120 степени 260 степени
Топлотна проводљивост на 150 степени Није применљиво (материјал не успева) ~0,22 В/мК У-вредност (при идентичној геометрији и истој температури флуида унутар опсега ПТФЕ) Основна линија упоредива (±5%)
У-вредност (врућа страна 150 степени) Дизајн и ЛМТД Није изводљиво
Релативни трошкови (по јединици површине) Нижи Виши (15-30 премија)
Погодност за корозивну употребу на високим температурама Да Не
Закључак: То је питање опстанка
Предност ПФА у односу на ПТФЕ измењивач на високим температурама није сирова термичка перформанса већ питање преживљавања. ПТФЕ омекшава, пузи и пада на 150 степени, док је ПФА чврст, стабилан и хемијски инертан. Укупни коефицијенти преноса топлоте два материјала су практично исти при истој дебљини зида, али то није важно јер ПТФЕ не може да се користи на тој температури. ПФА је термални шампион, може да издржи врућину. Оптимални материјал је онај који још увек стоји на температури процеса и за корозивни ток од 150 степени ПФА је тај материјал.