Paradoks
Penukar panas PTFE berukuran 60 kW pada tekanan uap 4 barg gagal mempertahankan titik setel suhu proses saat beroperasi pada 4 barg. Katup uap terbuka penuh. Suhu bak mandi turun di bawah target. Namun ketika operator mengurangi tekanan uap menjadi 2 barg, penukar tiba-tiba bekerja lebih baik-suhu bak naik dan stabil mendekati setpoint. Penukar menghasilkan lebih banyak panas pada tekanan uap yang lebih rendah. Ini berlawanan{10}}intuitif.
Penyebabnya adalah banjir kondensat pada tekanan yang lebih tinggi. Pada 4 barg, suhu uap adalah 152 derajat, dan laju perpindahan panas per satuan luas tinggi. Tingkat pembentukan kondensat juga tinggi. Sistem drainase kondensat-steam trap dan pipa balik-tidak dapat menangani beban puncak kondensat sebesar 4 barg. Kondensat kembali ke dalam tabung, membanjiri bagian bawah. Tabung yang tergenang tidak memberikan kontribusi apa pun terhadap perpindahan panas. Luas permukaan efektif berkurang. Penukar tidak dapat memenuhi kewajibannya.
Pada 2 barg, suhu uap adalah 133 derajat. Laju perpindahan panas lebih rendah, dan laju pembentukan kondensat lebih rendah. Sistem drainase dapat menangani pengurangan beban. Tidak terjadi banjir. Semua tabung berkontribusi terhadap perpindahan panas. Luas permukaan efektif lebih besar dari pada 4 barg (di mana banjir menghilangkan sebagian dari luas tersebut). Total keluaran panas lebih tinggi pada tekanan yang lebih rendah meskipun LMTD lebih rendah.
Perhitungan Beban Kondensat
Laju pembentukan kondensat adalah: m_cond=Q / h_fg, dimana Q adalah tugas panas dan h_fg adalah panas laten uap. Pada 4 barg, h_fg kira-kira 2.100 kJ/kg. Pada 2 barg, kira-kira 2.160 kJ/kg. Panas laten hampir konstan, sehingga aliran massa kondensat berbanding lurus dengan beban panas.
Jika penukar pada 4 barg mencoba menyalurkan 60 kW, beban kondensatnya adalah 60/2,100=0.0286 kg/s=103 kg/jam. Pada 2 barg, untuk pengurangan tugas sebesar 45 kW (dibatasi oleh LMTD yang lebih rendah), bebannya adalah 45/2,160=0.0208 kg/s=75 kg/h-pengurangan sebesar 27%.
Steam trap dan saluran balik kondensat harus berukuran sesuai dengan beban puncak kondensat. Jika trap dipilih berdasarkan kondisi operasi normal pada 2-3 barg, maka ukuran trap tersebut mungkin terlalu kecil untuk kasus 4 barg dimana beban kondensat lebih tinggi. Kapasitas perangkap pada tekanan diferensial operasi (tekanan uap dikurangi tekanan saluran balik) menentukan apakah perangkap tersebut dapat menangani beban.
| Tekanan Uap | Tugas Panas | Beban Kondensat | Kapasitas Perangkap (Contoh: DN15 F&T) | Banjir? |
|---|---|---|---|---|
| 2 tong | 45kW | 75kg/jam | 120 kg/jam pada 1,5 bar ΔP | TIDAK |
| 3 tong | 53kW | 89kg/jam | 140 kg/jam pada 2,5 bar ΔP | TIDAK |
| 4 tong | 60kW | 103kg/jam | 100 kg/jam pada 3,5 bar ΔP (kapasitas berkurang karena flash steam) | Ya |
Konfirmasi Diagnostik
Diagnosis banjir dipastikan dengan mengukur profil suhu dinding tabung. Jika bagian bawah tabung dingin (mendekati suhu proses), kondensat akan membanjiri bagian tersebut. Pengukuran dapat dilakukan dengan termometer inframerah atau termokopel kontak pada titik-titik yang dapat diakses pada bundel tabung.
Konfirmasi kedua adalah peningkatan sementara kapasitas drainase kondensat. Membuka bypass steam trap sebentar (jika bypass dipasang) atau meningkatkan ventilasi saluran balik kondensat dapat menghilangkan banjir untuk sementara dan memulihkan keluaran panas sebesar 4 barg. Jika pengujian ini mengembalikan kinerja, berarti sistem drainase berukuran terlalu kecil.
Tindakan Korektif
Solusi permanennya adalah meningkatkan kapasitas drainase kondensat. Opsinya meliputi: memasang steam trap yang lebih besar, menambahkan steam trap kedua secara paralel, meningkatkan diameter saluran balik kondensat, mengurangi tekanan balik saluran balik kondensat (dengan meningkatkan ventilasi atau memasang pompa kondensat), atau-membuat kemiringan ulang header kondensat untuk meningkatkan drainase.
Jika peningkatan kapasitas drainase tidak memungkinkan, tekanan uap dapat dibatasi hingga maksimum yang dapat ditangani sistem drainase tanpa banjir. Katup pembatas tekanan-atau batas setpoint sistem kontrol mencegah pengoperasian pada tekanan yang menyebabkan banjir.
Ringkasan
Penukar panas PTFE yang berkinerja lebih baik pada tekanan uap rendah dibandingkan pada tekanan desain mengalami banjir kondensat pada tekanan lebih tinggi. Laju pembentukan kondensat melebihi kapasitas sistem drainase, sehingga membanjiri bagian bawah pipa dan mengurangi luas permukaan efektif. Diagnosis dipastikan dengan profil suhu dinding tabung dan tes bypass trap. Solusinya adalah meningkatkan kapasitas drainase atau membatasi tekanan uap maksimum.
Dukungan teknik untuk pemecahan masalah kinerja penukar panas PTFE tersedia setelah penyerahan tekanan uap, beban kondensat, spesifikasi trap, konfigurasi jalur balik kondensat, dan data kinerja yang diamati.
