Tantangan Perhitungan Luar Ruangan
Penukar panas PTFE yang dipasang di luar ruangan mengalami suhu sekitar yang berkisar 15-20 derajat antara siang dan malam, dan 30-40 derajat antara musim panas dan musim dingin. Kehilangan panas dari penukar dan pipa interkoneksinya ke lingkungan bervariasi secara proporsional. Desain yang hanya memperhitungkan suhu rata-rata musim dingin mungkin akan berukuran terlalu kecil saat cuaca dingin. Desain untuk kapasitas pemborosan suhu minimum ekstrem selama pengoperasian normal.
Perhitungan kehilangan panas harus memperhitungkan perbedaan suhu rata-rata yang menyebabkan kehilangan panas dan kehilangan puncak yang menentukan kapasitas maksimum yang dibutuhkan penukar. Hal ini juga harus mengatasi risiko pembekuan selama penghentian, ketika tidak ada panas yang dimasukkan dan penukar mendingin hingga mencapai suhu sekitar.
Tidak seperti penukar logam, PTFE memiliki margin keamanan terhadap kerusakan akibat pembekuan. Fluoropolimer fleksibel mengakomodasi perluasan air beku tanpa merusak-properti yang memengaruhi strategi perlindungan pembekuan.
Komponen Kehilangan Panas
Kehilangan panas dari instalasi penukar panas PTFE luar ruangan memiliki tiga komponen. Kehilangan badan tangki atau penukar terjadi dari permukaan tangki atau cangkang penukar yang terbuka ke udara sekitar. Laju kehilangan tergantung pada luas permukaan, perbedaan suhu antara fluida proses dan udara sekitar, dan koefisien perpindahan panas keseluruhan melalui insulasi ditambah lapisan udara eksternal.
Kehilangan perpipaan interkoneksi terjadi dari-perpipaan di atas tanah antara penukar dan proses. Bahkan dengan insulasi, setiap meter pipa menyumbang kehilangan panas yang dapat diukur. Total kehilangan pipa tergantung pada panjang pipa terbuka dan perbedaan suhu.
Angin-peningkatan kerugian meningkatkan koefisien perpindahan panas eksternal. Angin dengan kecepatan 5 m/s dapat melipatgandakan kehilangan panas dibandingkan dengan udara tenang. Data angin untuk lokasi pemasangan harus dimasukkan dalam perhitungan kehilangan panas.
Tabel 1: Faktor Penghitungan Kehilangan Panas berdasarkan Kondisi Sekitar (Cairan Proses 50 derajat, Permukaan Terbuka 10m², Insulasi Wol Mineral 25mm)
| Kondisi Sekitar | Perbedaan Suhu (derajat) | Kecepatan Angin (m/s) | Koefisien Film Eksternal (W/m²·K) | Kehilangan Panas (kW) | Persen Bea Desain (75 kW) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sore musim panas (35 derajat, masih) | 15 | 0.5 | 5 | 1.2 | 1.6% |
| Malam musim panas (22 derajat, masih) | 28 | 0.5 | 5 | 2.2 | 2.9% |
| Sore musim dingin (10 derajat, berangin) | 40 | 3 | 12 | 4.8 | 6.4% |
| Malam musim dingin (-5 derajat, berangin) | 55 | 3 | 12 | 6.6 | 8.8% |
| Cuaca dingin (-20 derajat, berangin) | 70 | 8 | 22 | 12.3 | 16.4% |
| Minimum ekstrim (-30 derajat, berangin) | 80 | 8 | 22 | 14.1 | 18.8% |
Nilai kehilangan panas untuk permukaan tangki yang tidak berinsulasi akan menjadi 4-6 kali lebih tinggi. Isolasi sangat penting untuk instalasi luar ruangan.
Optimasi Isolasi
Perhitungan kehilangan panas memandu pemilihan ketebalan insulasi. Optimal ekonomis menyeimbangkan biaya insulasi yang lebih tebal dengan nilai energi yang dihemat selama masa pakai peralatan. Untuk instalasi luar ruangan di iklim dingin, perhitungannya sering kali menghasilkan ketebalan insulasi 50-75mm.
Isolasi harus tahan cuaca. Insulasi luar ruangan yang terkena hujan, salju, dan UV akan rusak dengan cepat tanpa lapisan pelindung. Jaket aluminium atau baja tahan karat melindungi insulasi dan memberikan permukaan yang tahan lama dan dapat dibersihkan. Semua sambungan harus disegel untuk mencegah masuknya air, yang merusak efektivitas isolasi.
Penukar PTFE menghadirkan tantangan isolasi khusus pada sambungan flensa dan titik akses header. Sistem insulasi harus memungkinkan akses berkala untuk inspeksi dan pemeliharaan tanpa mengalami kerusakan selama pelepasan dan penggantian. Selimut insulasi yang dapat dilepas di lokasi ini menyediakan akses yang diperlukan.
Strategi Perlindungan Pembekuan
Ketika penukar panas PTFE luar ruangan dimatikan di musim dingin, cairan proses yang terperangkap di dalam tabung dapat membeku. Air mengembang sekitar 9% saat dibekukan, menghasilkan tekanan yang dapat membelah pipa dan bejana yang kaku.
Tabung PTFE mengakomodasi pemuaian es tanpa patah. Perpanjangan putus material melebihi 200%, dan fleksibilitasnya pada suhu rendah-PTFE tetap ulet hingga -200 derajat -memungkinkan tabung mengembang seiring dengan air yang membeku. Namun, header logam, flensa, dan pipa interkoneksi yang terhubung ke penukar PTFE tidak memiliki toleransi pembekuan ini.
Oleh karena itu, strategi perlindungan terhadap pembekuan berfokus pada komponen logam. Penelusuran panas pada pipa, header, dan katup logam yang terbuka mencegah pembekuan selama penghentian. Tabung PTFE sendiri tidak memerlukan perlindungan terhadap pembekuan, meskipun cairan di dalam tabung harus dikeringkan atau dibiarkan bersirkulasi secara perlahan jika kondisi beku terus berlanjut.
Ringkasan
Perubahan suhu sekitar mempengaruhi instalasi penukar panas PTFE luar ruangan melalui variabel kehilangan panas yang harus diakomodasi oleh ukuran penukar. Ketebalan insulasi dioptimalkan untuk iklim setempat, dengan lapisan tahan cuaca yang penting untuk daya tahan. Pengaruh angin terhadap kehilangan panas sangatlah signifikan dan harus dimasukkan dalam perhitungan.
Tabung PTFE mentolerir ekspansi beku tanpa kerusakan, memberikan perlindungan yang melekat terhadap konsekuensi paling parah dari penghentian musim dingin. Upaya perlindungan terhadap pembekuan fokus pada komponen sistem logam yang terhubung ke penukar PTFE.
Rekomendasi teknik untuk insulasi penukar panas PTFE luar ruangan dan desain perlindungan beku tersedia setelah penyerahan data meteorologi lokasi, sifat fluida proses, profil suhu pengoperasian dan penghentian, dan tata letak perpipaan.
