Врућа, корозивна струја процеса је на 150 степени. ПТФЕ, класични флуорополимер за измењиваче топлоте, потпуно је неприкладан на овој температури; омекшало би и пропало. ПФА, његов блиски хемијски рођак, савршено је удобан. Оба материјала су врхунски изолатори, а њихова сирова, суштинска способност да проводе топлоту је скоро идентична. Термичка победа ПФА измењивача на 150 степени није зато што је бољи проводник, већ једноставно зато што је и даље чврста, јака цев на тој температури, омогућавајући функцију размене топлоте коју ПТФЕ не може ни да покуша. РазумевањеПФА вс ПТФЕ коефицијент преноса топлоте 150 степенипоређење захтева гледање даље од броја топлотне проводљивости и фокусирање на максималну радну температуру.

Топлотна проводљивост: Скоро идентичан изолатор

Топлотна проводљивост и ПТФЕ (политетрафлуороетилена) и ПФА (перфлуороалкокси алкана) је у опсегу од 0,20–0,25 В/м·К на типичним температурама процеса. Ове вредности се готово не разликују за инжењерске сврхе. При истој дебљини зида (нпр. 1 мм за цев малог пречника или 2 мм за већи измењивач шкољке и цеви), топлотна проводљивост цеви направљене од било ког материјала биће у суштини иста. Према томе, укупан коефицијент преноса топлоте (У-вредност) измењивача ПФА је сличан коефицијенту ПТФЕ измењивача за еквивалентан дизајн-под претпоставком да оба раде у оквиру својих температурних ограничења.

Кључна, огромна предност ПФА је његова виша континуирана радна температура од 260 степени, у поређењу са практичном границом ПТФЕ-а за рад грејача или измењивача топлоте, која је приближно 110–120 степени у воденом окружењу (и нешто виша у неким сувим или неоксидирајућим условима). Ово омогућава ПФА измењивачу да обрађује течности на 150 степени, користећи много већу логаритамску средњу температурну разлику (ЛМТД) за исти рад, што резултира мањим и исплативијим измењивачем топлоте. Победа није у броју проводљивости, већ у способности материјала да се појави у борби.

ПФА побеђује у термалној битци не тако што је бржи тркач, већ тиме што му је уопште дозвољено на стази. На 150 степени, ПТФЕ није конкурент-већ је напустио терен.

Зашто се ПТФЕ не може користити на 150 степени у сервису измењивача

Механичко омекшавање и пузање

ПТФЕ почиње да омекшава и губи механичку чврстоћу изнад приближно 110–120 степени у непрекидном потапању. Док ПТФЕ има теоријску тачку топљења од 327 степени, он пролази кроз кристалну фазу на око 19 степени и другу на око 30 степени, а изнад 100 степени аморфни региони постају све покретљивији. У измењивачу топлоте, где су цеви подвргнуте унутрашњем притиску, спољашњем притиску и напонима топлотног ширења, ПТФЕ цеви на 150 степени ће пузати, деформисати се и на крају се срушити или пукнути. Материјал такође показује висок коефицијент термичке експанзије (отприлике 10 пута већи од челика), што доводи до прекомерног савијања цеви и механичког замора на повишеним температурама.

Практично искуство

Искуство на терену и упутства произвођача постављају границу безбедног непрекидног рада за цеви измењивача топлоте ПТФЕ на 110 степени за већину корозивних водених услуга. За кратке излете до 120 степени, неки дизајни могу бити прихватљиви, али 150 степени је чврсто изван безбедног омотача. Насупрот томе, ПФА одржава свој механички интегритет и хемијску отпорност до 260 степени, без фазних прелаза који узрокују димензиону нестабилност.

Укупни коефицијент преноса топлоте (У-вредност) на 150 степени

Слична У‑вредност у еквивалентном дизајну

За хипотетички сценарио где би ПТФЕ могао да преживи на 150 степени, У-вредност измењивача ПФА и ПТФЕ измењивача са идентичном геометријом (пречник цеви, дебљина зида, распоред цеви и брзине флуида) би била скоро иста. Проводни отпор зида цеви је само једна компонента укупног топлотног отпора. Остале компоненте -конвекција на страни цеви, конвекција на страни омотача и отпори на загађивање- су идентични за исте особине и брзине течности. Пошто су топлотне проводљивости ПТФЕ и ПФА практично идентичне, У-вредност се разликује за мање од 5%.

Практична предност: Већи ЛМТД

Пошто ПТФЕ не може да ради на 150 степени, практично поређење није између два материјала на истој температури. Уместо тога, ПФА измењивач се може користити за хлађење струје од 150 степени са, на пример, расхладном водом од 30 степени, производећи ЛМТД од приближно 80-100 степени. ПТФЕ измењивач, ограничен на улазну температуру вруће стране од 110 степени, имао би ЛМТД од само 40-50 степени за исту воду за хлађење. За пренос истог топлотног оптерећења, ПТФЕ измењивач би захтевао отприлике дупло већу површину-ако би уопште могао да ради. У стварности, опција ПТФЕ је једноставно недоступна за тако високу температуру.

Практичне смернице за избор

Закључак: Опстанак као одлучујући фактор

Поређење између ПФА и ПТФЕ измењивача на високим температурама је једноставно питање преживљавања, а не сирових термичких перформанси. На 150 степени, ПТФЕ омекшава, пузи и нестаје, док ПФА остаје јак, стабилан и хемијски инертан. Укупни коефицијенти преноса топлоте ова два материјала су скоро идентични при истој дебљини зида, али та чињеница је ирелевантна јер се ПТФЕ не може користити на тој температури. ПФА је термални шампион једноставно зато што може да поднесе топлоту. Најбољи материјал је онај који још увек стоји на температури процеса, а за корозивни ток од 150 степени, ПФА је тај материјал.