En varm, ætsende processtrøm er på 150 grader. PTFE, den klassiske fluorpolymer til varmevekslere, er fuldstændig uegnet ved denne temperatur; det ville blive blødt og mislykkes. PFA, dens nære kemiske slægtning, er perfekt behagelig. Begge materialer er fremragende isolatorer, og deres rå, iboende evne til at lede varme er næsten identisk. Den termiske sejr for en PFA-veksler ved 150 grader skyldes ikke, at den er en bedre leder, men simpelthen fordi den stadig er et solidt, stærkt rør ved den temperatur, hvilket muliggør en varmevekslingspligt, som PTFE ikke engang kan prøve. Forståelse afPFA vs PTFE varmeoverførselskoefficient 150 gradersammenligning kræver, at man ser ud over det termiske ledningsevnetal og fokuserer på den maksimale driftstemperatur.

Termisk ledningsevne: En næsten identisk isolator

Den termiske ledningsevne af både PTFE (polytetrafluorethylen) og PFA (perfluoralkoxyalkan) er i området 0,20-0,25 W/m·K ved typiske procestemperaturer. Disse værdier kan næsten ikke skelnes til tekniske formål. Ved den samme vægtykkelse (f.eks. 1 mm for et rør med lille diameter eller 2 mm for en større skal-og-rørveksler), vil den ledende termiske modstand af et rør fremstillet af begge materialer i det væsentlige være den samme. Derfor svarer den samlede varmeoverførselskoefficient (U-værdi) for en PFA-veksler til den for en PTFE-veksler for et ækvivalent design-forudsat at begge drives inden for deres respektive temperaturgrænser.

Den vigtigste, overvældende fordel ved PFA er dens højere kontinuerlige driftstemperatur på 260 grader sammenlignet med den praktiske grænse for PTFE for el-varmelegeme eller varmevekslerservice, som er cirka 110-120 grader i vandige miljøer (og lidt højere under nogle tørre eller ikke-oxiderende forhold). Dette gør det muligt for en PFA-veksler at behandle væsker ved 150 grader ved at bruge en meget større logaritmisk middeltemperaturforskel (LMTD) til den samme drift, hvilket resulterer i en mindre og mere omkostningseffektiv varmeveksler. Sejren ligger ikke i ledningsevnetallet, men i materialets evne til at møde op til kampen.

PFA vinder den termiske kamp ikke ved at være en hurtigere løber, men ved overhovedet at få lov på banen. Ved 150 grader er PTFE ikke en konkurrent-det har allerede forladt banen.

Hvorfor PTFE ikke kan bruges ved 150 grader i Exchanger Service

Mekanisk blødgøring og krybning

PTFE begynder at blive blødgjort og miste mekanisk styrke over ca. 110-120 grader ved kontinuerlig nedsænkning. Mens PTFE har et teoretisk smeltepunkt på 327 grader, gennemgår det en krystallinsk faseovergang ved omkring 19 grader og en anden ved omkring 30 grader, og over 100 grader bliver de amorfe områder stadig mere mobile. I en varmeveksler, hvor rør udsættes for indre tryk, ydre tryk og termiske ekspansionsspændinger, vil PTFE-rør ved 150 grader krybe, deformeres og til sidst kollapse eller briste. Materialet udviser også en høj termisk udvidelseskoefficient (ca. 10 gange stålets), hvilket fører til overdreven nedbøjning af røret og mekanisk træthed ved forhøjede temperaturer.

Praktisk erfaring

Felterfaring og producentens retningslinjer sætter den sikre kontinuerlige driftsgrænse for PTFE varmevekslerrør ved 110 grader for de fleste ætsende vandige tjenester. Til korte udflugter op til 120 grader kan nogle designs være acceptable, men 150 grader er uden for den sikre konvolut. I modsætning hertil bevarer PFA sin mekaniske integritet og kemiske modstand op til 260 grader uden faseovergange, der forårsager dimensionel ustabilitet.

Den samlede varmeoverførselskoefficient (U-værdi) ved 150 grader

Lignende U-værdi ved ækvivalent design

For et hypotetisk scenarie, hvor PTFE kunne overleve ved 150 grader, ville U-værdien af ​​en PFA-veksler og en PTFE-veksler med identisk geometri (rørdiameter, vægtykkelse, rørlayout og væskehastigheder) være næsten den samme. Den ledende modstand af rørvæggen er kun en komponent af den samlede termiske modstand. De andre komponenter-rørsidekonvektion, skalsidekonvektion og tilsmudsningsmodstande-er identiske for de samme væskeegenskaber og hastigheder. Da de termiske ledningsevner af PTFE og PFA er praktisk talt identiske, afviger U-værdien med mindre end 5 %.

Praktisk fordel: Større LMTD

Fordi PTFE ikke kan fungere ved 150 grader, er den praktiske sammenligning ikke mellem to materialer ved samme temperatur. I stedet kan en PFA-veksler bruges til at køle en 150 graders strøm med for eksempel 30 graders kølevand, hvilket giver en LMTD på cirka 80-100 grader. En PTFE-veksler, begrænset til en indløbstemperatur på varm side på 110 grader, ville kun have en LMTD på 40-50 grader for det samme kølevand. For at overføre den samme varmebelastning ville PTFE-veksleren kræve omtrent det dobbelte af overfladearealet,-hvis den overhovedet kunne fungere. I virkeligheden er PTFE-muligheden simpelthen ikke tilgængelig for så høj en temperatur.

Praktiske retningslinjer for udvælgelse

Konklusion: Overlevelse som den afgørende faktor

Sammenligningen mellem en PFA og en PTFE-veksler ved høje temperaturer er et simpelt spørgsmål om overlevelse, ikke om rå termisk ydeevne. Ved 150 grader blødgør PTFE, kryber og fejler, mens PFA forbliver stærk, stabil og kemisk inaktiv. De samlede varmeoverførselskoefficienter for de to materialer er næsten identiske ved samme vægtykkelse, men det faktum er irrelevant, fordi PTFE ikke kan bruges ved den temperatur. PFA er termisk mester, simpelthen fordi den kan tage varmen. Det bedste materiale er det, der stadig står ved procestemperaturen, og for en 150 graders ætsende strøm er PFA det materiale.