Πώς επηρεάζει την απόδοση σε σχέση με τα ένθετα PTFE η χρήση ενθέτων στριμμένης ταινίας από αγώγιμο υλικό (π.χ. μέταλλο);

Είναι μια απλή στριφτή ταινία PTFE που προωθεί τη μεταφορά θερμότητας στροβιλίζοντας τη ροή. Μια μεταλλική ταινία κάνει το ίδιο, αλλά μεταδίδει επίσης θερμότητα από το τοίχωμα του σωλήνα στον εαυτό της, λειτουργώντας ουσιαστικά ως εσωτερικό πτερύγιο. Αυτό οδηγεί σε μια συναγωγική ενίσχυση έναντι της αγώγιμης.

Δύο Μηχανισμοί Ενθέτου Στριμμένης Ταινίας
Οποιοδήποτε στριμμένο ένθετο ταινίας σε οποιοδήποτε υλικό παράγει ένα ελικοειδή κανάλι ροής εντός του σωλήνα. Ο παραγόμενος στροβιλισμός παράγει φυγόκεντρες δυνάμεις που ωθούν το ρευστό προς το τοίχωμα του σωλήνα με αποτέλεσμα τη λέπτυνση του θερμικού οριακού στρώματος και την αύξηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Αυτός ο μηχανισμός στροβιλισμού από μόνος του μπορεί να αυξήσει τον αριθμό Nusselt κατά 100-150% σε έναν άδειο σωλήνα ανάλογα με την αναλογία βήματος.

Ένα επιπλέον αποτέλεσμα πτερυγίου υπάρχει εάν η ίδια η ταινία είναι ένα θερμικά αγώγιμο υλικό (π.χ. ανοξείδωτος χάλυβας, Hastelloy, τιτάνιο, κράματα χαλκού). Η ταινία είναι σε άμεση επαφή με το τοίχωμα του σωλήνα (συνήθως προσαρμογή ελατηρίου ή ήπια εφαρμογή παρεμβολής). Η θερμότητα ρέει στην ταινία από το ζεστό τοίχωμα και ολόκληρο το σώμα της ταινίας θερμαίνεται. Στη συνέχεια, η ταινία παραδίδει την αποθηκευμένη ενέργεια στο διερχόμενο ρευστό και από τις δύο μεγάλες επιφάνειες. Αυτό δίνει στη διατομή-του σωλήνα μια επιπλέον περιοχή μεταφοράς θερμότητας, όπως ένα είδος εσωτερικού διαμήκους πτερυγίου.

Απόδοση αγώγιμης και μη αγώγιμης ταινίας
Μια στριμμένη ταινία ενός μη αγώγιμου υλικού, όπως ένα PTFE ή ένα PFA, μπορεί να προσφέρει αποκλειστικά τη βελτίωση του στροβιλισμού. Το PTFE έχει πολύ κακή θερμική αγωγιμότητα (περίπου. 0.25 W/mK), επομένως δεν υπάρχει σχεδόν καμία μετάδοση θερμότητας από τον τοίχο στην ταινία. Η ταινία παραμένει περίπου σε τοπική θερμοκρασία υγρού και δεν προκαλεί κρούση πτερυγίων.

Από την άλλη πλευρά, μια μεταλλική στριμμένη ταινία μπορεί να έχει θερμική αγωγιμότητα της τάξης του μεγέθους υψηλότερη. Ανοξείδωτος χάλυβας (~15 W/m·K), Hastelloy (~10 W/m·K) ή χαλκός (~400 W/m·K). Με καλή θερμική επαφή που διατηρείται μεταξύ της ταινίας και του τοιχώματος του σωλήνα, το αγώγιμο πλεονέκτημα ενισχύει σημαντικά τη συνολική μεταφορά θερμότητας. Στη διάταξη σωλήνων PTFE με ένθετο αγώγιμης στριφτής ταινίας, το φαινόμενο στροβιλισμού συν πτερυγίου συνήθως παρέχει μια επιπλέον ώθηση μεταφοράς θερμότητας 20-30% σε σχέση με τη μη αγώγιμη ταινία υπό τις ίδιες συνθήκες ροής.

Για μια στριμμένη ταινία PTFE, ο αριθμός Nusselt αυξάνεται κατά 120% (2,2 φορές την τιμή σε έναν κενό σωλήνα), αλλά μια καλά σχεδιασμένη μεταλλική ταινία στην ίδια γεωμετρία μπορεί να τον ενισχύσει κατά 150-170% (2,5-2,7 φορές). Το πραγματικό κέρδος εξαρτάται από το πάχος της ταινίας, την αγωγιμότητα της θερμικής επαφής και τα χαρακτηριστικά του υγρού. Το αγώγιμο πλεονέκτημα είναι μεγαλύτερο όταν ο συντελεστής μεμβράνης στο τοίχωμα του σωλήνα είναι ήδη μεγάλος, έτσι ώστε το φαινόμενο του πτερυγίου να μην περιορίζεται από την αντίσταση διεπαφής ταινίας τοίχου.

Η κατώτατη γραμμή: Καλή θερμική επαφή
Η μεταλλική ταινία θα πρέπει να βρίσκεται σε στενή θερμική επαφή με το εσωτερικό τοίχωμα του σωλήνα PTFE για να επιτευχθεί το αποτέλεσμα του πτερυγίου. Αυτό γίνεται γενικά κάνοντας το πλάτος της ταινίας λίγο μεγαλύτερο από την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα, έτσι ώστε να εισάγεται με εφαρμογή ελατηρίου. Η εγγενής ευελιξία της μεταλλικής ταινίας (ή η μέτρια συστροφή υπερβολικού μεγέθους) ωθεί τις άκρες της ταινίας στο τοίχωμα του σωλήνα. Ωστόσο, μια πολύ σφιχτή εφαρμογή μπορεί να προκαλέσει βλάβη στη σωλήνωση PTFE ή να καταστήσει αδύνατη την εισαγωγή. Μια πολύ χαλαρή εφαρμογή δημιουργεί ένα διάκενο αέρα, το οποίο είναι καλός θερμομονωτικός και αναιρεί το φαινόμενο του πτερυγίου.

Στην πράξη, οι μεταλλικές στριμμένες ταινίες για σωλήνες PTFE κατασκευάζονται συνήθως με πλάτος από 0,95 έως 1,00 της ταυτότητας του σωλήνα, χρησιμοποιώντας το ελικοειδές σχήμα για την παροχή σημειακών επαφών αντί για επαφή πλήρους γραμμής. Η πραγματική περιοχή επαφής είναι περιορισμένη και η αποτελεσματικότητα των πτερυγίων μειώνεται. Αλλά ακόμα και όταν η επαφή είναι μόνο μερική, η αγωγιμότητα αυξάνεται λίγο, καθώς η ταινία απορροφά θερμότητα στα σημεία επαφής και τη μεταφέρει σε όλο το μήκος της. Τα πιο εξελιγμένα σχέδια χρησιμοποιούν μια παχύτερη ταινία ή μια διπλωμένη άκρη για τη βελτίωση της περιοχής επαφής.

Κίνδυνος διάβρωσης και μόλυνσης
Ένας σημαντικός κίνδυνος για τον έλεγχο είναι η γαλβανική διάβρωση και η μόλυνση μετάλλων. Ακόμη και όταν η ίδια η μεταλλική ταινία επιλέγεται για συμβατότητα με το υγρό διεργασίας (π.χ. Hastelloy C-276 για επιθετικά χλωρίδια ή τιτάνιο για οξειδωτικά οξέα), η εισαγωγή ενός μεταλλικού συστατικού σε ένα σωλήνα PTFE παρουσιάζει δύο πιθανά σενάρια αστοχίας.

Πρώτον, εάν το ρευστό διεργασίας διαβρώσει το μέταλλο στη θερμοκρασία λειτουργίας, η ταινία θα διαβρωθεί αργά. Τα προϊόντα διάβρωσης (ιόντα μετάλλων ή σωματίδια) μπορούν να εισχωρήσουν στο υγρό και να μολύνουν το προϊόν. Αυτό είναι ακατάλληλο σε εφαρμογές φαρμακευτικών, τροφίμων ή εξαιρετικά{2}}καθαρών χημικών. Το όλο θέμα ενός σωλήνα PTFE είναι συνήθως να αποφεύγεται καθόλου η επαφή με το μέταλλο. Η χρήση μεταλλικής ταινίας αντίκειται σε αυτόν τον σκοπό.

Δεύτερον, ακόμα κι αν η ίδια η ταινία είναι ανθεκτική στη διάβρωση, μπορεί να δημιουργηθεί ένα γαλβανικό ζεύγος εάν υπάρχει οποιοδήποτε άλλο μεταλλικό εξάρτημα στο σύστημα (π.χ. φύλλο μεταλλικού σωλήνα, πτερωτή αντλίας ή βαλβίδα κατάντη). Εφόσον δεν αγγίζει κανένα εξωτερικό μεταλλικό αντικείμενο, η ταινία είναι ηλεκτρικά μονωμένη από αυτά - ο σωλήνας PTFE είναι ηλεκτρικός μονωτήρας. Ωστόσο, εάν η ταινία έρθει σε επαφή με ένα μεταλλικό ακραίο εξάρτημα ή εάν το χρησιμοποιούμενο ρευστό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο (π.χ. υδατικός ηλεκτρολύτης), μπορεί να κατασκευαστεί ένα γαλβανικό κύκλωμα μέσω του ρευστού. Το πιο ευγενές μέταλλο (π.χ. τιτάνιο) μπορεί να προάγει τη διάβρωση του λιγότερο ευγενούς (π.χ. ανθρακούχου χάλυβα) σε άλλα σημεία του συστήματος.

Πότε να χρησιμοποιήσετε το μέταλλο έναντι της στριμμένης ταινίας PTFE
Ανάλογα με τις προτεραιότητες της εφαρμογής, η επιλογή είναι μεταξύ μιας αγώγιμης μεταλλικής ταινίας ή μιας μη αγώγιμης ταινίας PTFE.

Πότε να χρησιμοποιήσετε μεταλλική στριμμένη ταινία:

Το υγρό διεργασίας δεν είναι-διαβρωτικό για το επιλεγμένο μέταλλο (π.χ. απιονισμένο νερό, ήπιοι οργανικοί διαλύτες, ουδέτερες άλμη).

Απαιτείται μέγιστη μετάδοση θερμότητας ανά μονάδα μήκους, η ισχύς άντλησης είναι ήδη περιορισμένη.

Επιτρέπεται η συμβατότητα με υγρά και η μόλυνση του προϊόντος δεν αποτελεί πρόβλημα (π.χ. μη-φαρμακευτική βιομηχανική χημεία).

Η καλή επαφή με τη θερμότητα είναι δυνατή χωρίς ζημιά στον σωλήνα PTFE.

Επιλέξτε PTFE ή PFA Twisted Tape για:

Το υγρό διεργασίας είναι πολύ διαβρωτικό (ισχυρά οξέα, αλκάλια, αλογόνα, οξειδωτικά μέσα).

Αποφυγή μόλυνσης με μεταλλικά ιόντα (φαρμακευτική σύνθεση API, ψύξη ημιαγωγών, επεξεργασία τροφίμων).

Η θερμοκρασία εργασίας είναι πέρα ​​από το όριο διάβρωσης των διαθέσιμων κραμάτων αλλά κάτω από 110 βαθμούς (PTFE) ή 260 βαθμούς (PFA).

Η απλότητα και η αποδεδειγμένη χημική αδράνεια αντισταθμίζουν τη βελτίωση απόδοσης 20-30% μιας μεταλλικής ταινίας.

Για εξαιρετικά διαβρωτικές υπηρεσίες, παρά την απώλεια του φαινομένου του πτερυγίου, οι ταινίες PTFE ή PFA χρησιμοποιούνται καθώς η αξιοπιστία και η καθαρότητα που παρέχουν είναι αδιαπραγμάτευτες.

Περίληψη απόδοσης Conductive and Non{0}}Conductive Tapes
Παράμετρος PTFE (Μη-Μη αγώγιμη) Ταινία Μεταλλική (αγώγιμη) Ταινία
Μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας Απλώς στροβιλισμός Στρόβιλος + κρούση πτερυγίου
Τυπική αύξηση Nu (πάνω από άδειο σωλήνα) 100-150% 130-180%
Επιπλέον κέρδος από την αγωγιμότητα - +20-30 % σε σχέση με την ταινία PTFE
Απαίτηση θερμικής επαφής Δεν ισχύει (χωρίς κρούση πτερυγίου) Απαραίτητη η κρίσιμη εφαρμογή ελατηρίου -
Κίνδυνος διάβρωσης Κανένα (αδρανές σε όλες τις χημικές ουσίες έως 110 μοίρες ) Εξαρτάται από τη συμβατότητα μετάλλων με υγρά-
Κίνδυνος μόλυνσης από μέταλλο Δεν είναι δυνατό (διάβρωση ή φθορά)
Μέγιστη θερμοκρασία 110 βαθμοί (PTFE); 260 μοίρες (PFA) Εξαρτάται από κράμα (π.χ. ανοξείδωτο 400 μοίρες)
Μέτριο κόστος (εξωθημένο PTFE) υψηλότερο (μεταλλικό κατεργασμένο ή σφραγισμένο)
Παράδειγμα εργασίας: Θέρμανση υδατικού ουδέτερου ρεύματος
Ας υποθέσουμε ότι ένας εναλλάκτης θερμότητας PTFE χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ενός ουδέτερου ρεύματος-ελεύθερου χλωρίου νερού από 20 βαθμούς έως 60 μοίρες . Ο στροβιλισμός μόνο θα βελτίωνε τη μετάδοση της θερμότητας με ένα ένθετο στριμμένης ταινίας PTFE. Το εφέ πτερυγίου μπορεί να εισαχθεί αντικαθιστώντας το με μια στριμμένη ταινία από ανοξείδωτο χάλυβα 316, κατάλληλα προσαρμοσμένη για να συναντά το τοίχωμα του σωλήνα. Ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μπορεί να αυξηθεί από 150 W/m²·K σε 190 W/m²·K (27%). Το υγρό δεν είναι{11}}διαβρωτικό στον ανοξείδωτο χάλυβα στους 60 βαθμούς και δεν προκαλεί σημαντική έκπλυση μετάλλων. Η αύξηση της απόδοσης επιτρέπει μειωμένο εναλλάκτη θερμότητας ή χαμηλότερο ρυθμό ροής για την ίδια εργασία.

Στην ίδια εφαρμογή, αλλά μια ελαφρώς όξινη άλμη (pH 4, χλωριούχο 1000 ppm) ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 θα υπόκειται σε διάβρωση με κοιλότητες. Το κόστος θα ήταν πολύ υψηλό, απαιτώντας μια ταινία Hastelloy C-276. Μια άλλη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε τη φθηνότερη απόδοση της ταινίας PTFE που αποφεύγει εντελώς το πρόβλημα διάβρωσης.

Περίληψη
Με την εφαρμογή μεταλλικών στριμμένων ταινιών στις πλαστικές ταινίες, μπορεί να επιτευχθεί ένα αποτέλεσμα αγώγιμου πτερυγίου, το οποίο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση μεταφοράς θερμότητας κατά περίπου 20-30%. Ωστόσο, αυτό το όφελος επιτυγχάνεται μόνο εάν διατηρείται καλή θερμική επαφή με το τοίχωμα του σωλήνα και πιο σημαντικό εάν το μέταλλο είναι πλήρως συμβατό με το ρευστό διεργασίας. Για ευαίσθητες εργασίες όπως η φαρμακευτική σύνθεση ή η χημική επεξεργασία υψηλής καθαρότητας, το όφελος από τη θερμότητα επισκιάζεται από κάθε κίνδυνο διάβρωσης ή μόλυνσης μετάλλων. Η επιλογή υλικού για τις συσκευές βελτίωσης πρέπει να είναι τόσο προσεκτική όσο και για τον ίδιο τον εναλλάκτη. για πολλές διαβρωτικές ή ευαίσθητες στην καθαρότητα υπηρεσίες, η αδράνεια μιας ταινίας PTFE ή PFA παραμένει η ανώτερη επιλογή παρά την απουσία του φαινομένου του πτερυγίου.