Keseimbangan Subcooling
Kondensat keluar dari penukar panas PTFE yang dipanaskan dengan uap pada suhu di bawah suhu saturasi uap. Perbedaan suhu ini adalah derajat subcooling. Jika kondensat dibuang terlalu panas-dengan subcooling yang terlalu sedikit-kondensat akan berkedip menjadi uap di saluran balik kondensat bertekanan rendah. Flash steam melambangkan energi yang hilang yang harus diganti oleh boiler. Jika kondensat didinginkan terlalu banyak, saluran kondensat menjadi dingin, dan risiko water hammer dari kantong uap yang mengembun berkurang-namun penukar panas mungkin beroperasi dengan tabung yang tergenang, sehingga mengurangi luas permukaan efektif.
Tingkat subcooling yang optimal menyeimbangkan faktor-faktor yang bersaing ini. Ini memberikan pendinginan yang cukup untuk meminimalkan hilangnya uap secara cepat sekaligus menjaga suhu kondensat cukup tinggi untuk memastikan bahwa tabung penukar panas tidak dibanjiri-kondensat cadangan.
Untuk penukar panas PTFE, kisaran subcooling optimal sedikit berbeda dari penukar panas logam karena tabung PTFE memiliki massa termal lebih rendah dan merespons perubahan tingkat kondensat lebih cepat.
Mekanisme Uap Flash
Kondensat pada suhu dan tekanan saturasi mengandung panas sensibel pada entalpi saturasi. Ketika kondensat ini melewati steam trap ke dalam saluran balik bertekanan lebih rendah, entalpi berlebih menyebabkan sebagian kondensat berubah menjadi uap. Fraksi yang berkedip adalah: Fraksi flash=(hf1 - hf2) / hfg2, dimana hf1 adalah entalpi kondensat pada tekanan hulu, hf2 adalah entalpi kondensat pada tekanan hilir, dan hfg2 adalah panas laten pada tekanan hilir.
Untuk pembuangan kondensat dari sistem 3 barg (143 derajat ) ke saluran balik atmosferik (100 derajat ), fraksi kilatnya kira-kira 10%. Satu kilogram kondensat menghasilkan 0,1 kg flash steam. Uap kilat ini mengalir ke saluran balik, sering kali dibuang ke atmosfer pada penerima kondensat. Uap yang hilang harus diganti dengan pembakaran boiler tambahan.
Mendinginkan kondensat sebelum melewati perangkap akan mengurangi fraksi nyala. Pada subcooling 10 derajat (pengosongan pada 133 derajat, bukan 143 derajat), fraksi kilat turun menjadi sekitar 6%. Pada subcooling 20 derajat, turun menjadi 2%.
Tabel 1: Hubungan Flash Steam dan Subcooling (Uap 3 barg, Pengembalian Kondensat Atmosfer)
| Suhu Pelepasan Kondensat (derajat) | Gelar Subcooling (derajat) | Fraksi Uap Flash (%) | Kehilangan Energi (kW per 100 kW tugas) | Risiko Palu Air | Risiko Banjir Tabung |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (jenuh) | 0 | 10 | 3.5 | Tinggi (aliran dua-fasa di saluran balik) | Tidak ada |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Sedang | Sangat rendah |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Rendah | Rendah |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Sangat rendah | Sedang |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Tidak ada | Tinggi (kemungkinan tabung kebanjiran) |
Metode Kontrol Subcooling PTFE
Subcooling dikendalikan oleh desain drainase kondensat, bukan oleh pengontrol suhu. Perangkap uap-dan-termostatik dengan ukuran yang tepat menjaga segel kondensat di saluran pembuangan sekaligus mengeluarkan kondensat secara terus-menerus. Segel tersebut mencegah uap hidup mengalir melalui perangkap. Pembuangan yang terus menerus menghindari siput yang terputus-putus yang menyebabkan palu air.
Subcooling alami yang terjadi saat kondensat mengalir melalui tabung penukar panas PTFE dan header kondensat menghasilkan subcooling 5-10 derajat tanpa peralatan tambahan apa pun. Dinding tabung PTFE pada sisi kondensat bersentuhan dengan fluida proses yang suhunya lebih rendah dari steam. Saat kondensat mengalir di sepanjang dinding ini, kondensat menjadi dingin.
Jika diperlukan subcooling tambahan, tersedia pipa kondensat pendek yang tidak dipanaskan antara exchanger dan trap. Pipa bertindak sebagai penukar panas antara kondensat dan udara sekitar. Untuk sistem PTFE, hal ini jarang diperlukan karena subcooling alami 5-10 derajat mendekati nilai optimal.
Sambungan Palu Air
Palu air pada saluran balik kondensat disebabkan oleh runtuhnya kantong uap. Ketika flash steam dan kondensat subcooled hidup berdampingan di dalam pipa, gelembung steam akan pecah dengan cepat saat mengembun. Gelembung yang pecah menciptakan ruang hampa lokal yang menarik cairan di sekitarnya ke dalam. Dampak dari massa cair menciptakan pulsa tekanan palu.
Menghilangkan uap kilat dengan mempertahankan subcooling 10-15 derajat akan menghilangkan sumber gelembung uap. Saluran balik kondensat mengalir sebagai cairan satu fasa, yang tidak bersuara dan tidak berbahaya secara mekanis. Kehilangan energi dari flash steam berkurang 50-65% dibandingkan dengan pelepasan kondensat jenuh.
Ringkasan
Derajat subcooling kondensat optimal untuk penukar panas PTFE adalah 10-15 derajat. Hal ini mengurangi kehilangan flash steam hingga 3,5-5,5% dari total aliran steam, dibandingkan dengan 10% untuk debit jenuh, dengan tetap menjaga drainase tabung tanpa banjir. Subcooling alami yang terjadi saat kondensat mengalir melalui tabung dan header PTFE menyediakan sebagian besar subcooling ini tanpa peralatan tambahan.
Subcooling sebesar 10-15 derajat juga menghilangkan water hammer dengan memastikan aliran cairan satu fase di saluran balik kondensat. Penghematan energi dari pengurangan flash steam, dikombinasikan dengan pengurangan pemeliharaan dari penghapusan water hammer, memberikan pengembalian yang cepat atas investasi apa pun dalam optimalisasi sistem kondensat.
Rekomendasi teknik untuk desain sistem kondensat penukar panas PTFE tersedia berdasarkan tekanan uap, tekanan sistem pengembalian kondensat, tugas panas, dan palu air yang diamati atau suhu kondensat tinggi.
