Zakaj PTFE toplotni izmenjevalci razvijejo obvodno puščanje in kako se to popravi?

Puščanje obvoda ni puščanje v zunanje okolje, ampak tekočina na notranji strani-prereza-ohišja-, ki teče okoli cevnega snopa namesto skozi njega. Ta notranji obvod je izguba površine za prenos toplote in zmanjšanje učinkovitosti izmenjevalnika, vendar ni viden od zunaj. Pomembno je poznati poti in vzroke težav z PTFE toplotnim izmenjevalnikom zaradi puščanja obvoda, da diagnosticirate izgubo zmogljivosti in načrtujete uspešna popravila. Ta članek obravnava pogoste kanale puščanja, vzroke puščanja in korake popravila za obnovitev toplotne učinkovitosti.

Puščanje obvoda: kaj je in zakaj je pomembno?
V o-o-cevnem toplotnem izmenjevalniku naj bi tekočina na ohišju-tekla čez snop cevi, usmerjana z loputami. Puščanje obvoda se zgodi, ko se nekaj te tekočine ne dotakne cevi, ker teče po krajši poti z manjšim uporom. Tekočina zapušča izmenjevalnik z majhno ali ničelno temperaturno spremembo, kar zmanjša skupno stopnjo prenosa toplote.

Uhajanje obvoda je škodljivo, zlasti za PTFE toplotne izmenjevalnike, ki že imajo nižjo toplotno prevodnost kot kovinske enote. Obvodni tok 20 % lahko zmanjša efektivni koeficient toplotnega prehoda za 25–35 %, ker obvodna tekočina ne sodeluje pri izmenjavi toplote. Težava je notranja in je ni mogoče odkriti z zunanjim vizualnim pregledom ali preskusom tlaka, le s spremljanjem toplotne učinkovitosti ali notranjim pregledom.

Primarne obvodne poti puščanja toplotnega izmenjevalnika PTFE
Tekočina na -strani lupine lahko obide snop cevi na tri različne načine.

1. Odmik od -do-ohišja (obročasti obvod)
Med skrajnimi cevmi in notranjo steno lupine je vedno prostor. Ta obročasta reža je potrebna za vstavljanje in odstranjevanje snopa cevi. Ta vrzel je zapolnjena v dobro zgrajenem izmenjevalniku s tesnilnimi trakovi (včasih imenovanimi obvodna tesnila) ali navideznimi cevmi, ki omejujejo pretok. Tesnilni trakovi so pogosto ravne jeklene palice ali trakovi, polnjeni s PTFE-, pritrjeni na pregrade, ki štrlijo navzven in se dotikajo stene ohišja.

Če tesnilni trakovi manjkajo, so obrabljeni ali raztrgani, tekočina na strani lupine zlahka teče skozi obročasto režo, ne da bi vstopila v cevni snop. To je glavna obvoznica.

2. Odmik od pregrade do ohišja
Pregrade se ne prilegajo tesno v lupino. Na voljo je majhen prostor (običajno 1–3 mm), ki omogoča sestavljanje in toplotno raztezanje. Tekočina lahko teče čez robove vsake pregrade, zlasti na zgornji in spodnji strani, kjer pride do reza pregrade. Puščanje v novih izmenjevalnikih je skromno (2-5% celotnega pretoka). Če pa se pregrade poškodujejo, zvijejo, zarjavijo ali erodirajo, se bo zračnost povečala in pretok obvoda se bo znatno povečal.

Vodni udar (parno kladivo), tujki, ki se prevažajo v tekočini na strani lupine, in korozija kovinskih komponent pregrade lahko povzročijo poškodbe pregrad PTFE izmenjevalnika toplote (PTFE cevi same ne korodirajo, lahko pa kovinske pregrade in podporne plošče).

3. Razdalja od cevi do pregrade
Vsaka pregrada ima luknjo, skozi katero teče PTFE cev. Za omogočanje premikanja gibljive PTFE cevi in ​​preprečevanje vezave med toplotnim raztezanjem je potreben prostor od 0,2 do 0,5 mm. Te majhne obročaste luknje lahko omogočijo uhajanje tekočine. Uhajanje cevi za pregrado na splošno manj prispeva k obvodu v večini modelov (običajno<5% of total bypass) due of the pressure drop across each baffle forcing flow down the many tube holes. However, the cumulative effect can be significant in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.

Razlogi za toplotne izmenjevalnike PTFE ob puščanju
Interni pregled običajno razkrije eno ali več naslednjih stanj:

Obrabljeni ali manjkajoči robovi
Tesnilni trakovi so pritrjeni na pregrade z vijaki, sponkami ali varjenjem. Vijaki se lahko sčasoma zrahljajo, sponke lahko odpovejo ali pa trakovi sami zarjavijo ali se razgradijo. Pri nekaterih terensko popravljenih snopih tesnilni trakovi po ponovnem -cevju morda niso bili ponovno-nameščeni. Redno se odkrije, da so tesnilni trakovi prisotni le na nekaterih pregradah ali pa jih sploh ni.

Poškodovane pregrade,
Pregrade je mogoče zlomiti z:

Parno kladivo – Ponavljajoči se udarni valovi lahko upognejo ali razbijejo kovinske pregrade v bližini odprtin cevi.

Korozija - Jeklene pregrade se lahko stanjšajo in izgubijo obliko pri jedki uporabi (tudi s cevmi iz PTFE).

Mehanski vpliv - Pregrade se lahko med vstavljanjem ali odstranjevanjem snopa upognejo, če niso pravilno poravnane.

Ker se ne prilega več tesno ob lupino, upognjena pregrada ustvari precejšnjo zračnost. Zlomljeni loputi lahko manjkajo deli, ki omogočajo pretok.

Velik odmik školjke od originalne zasnove
Nekateri nizkocenovni-cenovni toplotni izmenjevalniki PTFE so izdelani s prevelikimi razmiki-do-ohišja, da se olajša proizvodnja. Reža je lahko 10 mm ali več. Tesnilni trakovi manjkajo ali so premajhni. V teh situacijah je puščanje obvoda konstrukcijska značilnost in ga ni mogoče popolnoma odpraviti brez večjega preoblikovanja.

Kako diagnosticirati puščanje obvoda brez odpiranja izmenjevalnika
Če obstaja sum na puščanje obvoda:

Hitrost prenosa toplote, izračunana iz vstopnih/izstopnih temperatur in pretokov, je veliko nižja od projektne številke, čeprav so cevi čiste in ni zunanjega puščanja.

Padec tlaka na strani lupine je manjši od preteklih odčitkov pri enakem pretoku. Manjši padec tlaka pomeni, da tekočina teče skozi kanal z manjšim uporom (bypass).

Sprememba temperature tekočine na -strani ohišja (ΔT) ni po pričakovanjih in izhodna temperatura na -strani cevi je podobno zunaj ciljne vrednosti.

Prvič, bistveno je izključiti alternativne razlage za slabo delovanje: onesnaženje, ujeti ne{0}}kondenzacijski materiali ali nižji pretoki. Če izginejo, potem verjetno pušča obvod.

Korektivni ukrepi za uhajanje obvoda
Pravilno popravilo je odvisno od resnosti in dostopnosti snopa cevi.

1. Zamenjava tesnilnih trakov (najpogostejši popravek)
Pri izmenjevalnikih z odstranljivimi cevnimi snopi je mogoče med načrtovano zaustavitvijo vstaviti ali odstraniti tesnilne trakove. Postopek je:

Pokrov lupine se odstrani in snop cevi izvleče.

Pregrade so pregledane. Očistite ostanke in korozijo iz utorov obstoječega tesnilnega traku.

Novi tesnilni trakovi (pogosto tkanina, impregnirana s PTFE, kovinski vzmetni trakovi ali trdne palice iz PTFE) so razrezani na zahtevano dolžino in nameščeni v reže na vsaki pregradi. Trakovi morajo štrleti ven, da se dotikajo notranje stene ohišja z majhnim interferenčnim prilegom (stiskanje 0,2–0,5 mm).

Trakovi so pritrjeni z vijaki ali z luknjanjem robov pregrade (za kovinske trakove). Nekatere izvedbe držijo trakove s pritiskom lupine proti pregradi.

Sveženj se ponovno namesti in izmenjevalnik se preizkusi.

To popravilo običajno povrne 90-100 % izgubljene zmogljivosti, če lopute niso poškodovane.

2. Popravilo ali zamenjava pregrade
Tesnilni trakovi sami ne morejo popraviti pregrad, ki so upognjene, zlomljene ali zarjavele. Poškodovane pregrade je treba popraviti ali zamenjati. Pri toplotnih izmenjevalnikih PTFE so pregrade običajno izdelane iz kovine (nerjavnega jekla ali ogljikovega jekla), ki je lahko:

Poravnan -- Majhne krivine je mogoče potisniti ravno v hidravlični stiskalnici.

Zavarjene - Razpoke so zavarjene in gladko zbrušene. Paziti je treba, da se pregrada ne popači.

Zamenjano – Močno poškodovane lopute se izrežejo iz snopa in nove lopute se navijejo na PTFE cevi. To je delovno-intenzivna operacija, ki se pogosto izvaja med popolnim ponovnim navijanjem.

Po popravilu pregrade se namestijo novi tesnilni trakovi.

3. -Prilagoditev stranskega toka lupine (začasna ublažitev)
V situacijah, kjer takojšnja demontaža ni mogoča, lahko prilagoditve delovanja delno kompenzirajo puščanje obvoda. Povečanje pretoka na-strani lupine poveča hitrost tako skozi cevni snop kot obvodne reže. Ker padec tlaka narašča s kvadratom hitrosti, lahko višji pretok izboljša delež tekočine, ki dejansko prečka cevi. Vendar to ne odpravi temeljnega vzroka in poveča energijo črpanja. Velja le za začasen ukrep.

4. Prenova za resne težave s čiščenjem
Pri izmenjevalnikih z inherentno preveliko zračnostjo lupine (slaba prvotna zasnova) se lahko poskusi naknadno opremiti z debelejšimi tesnilnimi trakovi ali namestiti navidezne cevi v obročasti prostor. Navidezne cevi so kratke dolžine PTFE cevi, ki so nameščene v najbolj oddaljene luknje cevi, vendar so na koncih cevne plošče zatesnjene, tako da skoznje ne teče tekočina. Zavzemajo prostor in blokirajo obvoznico. Ta pristop zahteva vrtanje dodatnih lukenj v pregradah in cevnih ploščah, običajno pa ga opravi specializirana servisna delavnica.

Opis -prereznega diagrama (predstavitev besedila)
Naslednji opis ponazarja obvodne poti v tipičnem PTFE ohišju-in-cevnem toplotnem izmenjevalniku, gledano v prečnem-prerezu:

Zunanji krog predstavlja notranjo steno lupine.

V notranjosti krožni niz majhnih krogov predstavlja PTFE cevi.

Vrzel med najbolj zunanjimi krogi cevi in ​​notranjo steno lupine je razdalja med snopom-do-lupino (obročasta obvodna pot). V dobro-zasnovanem izmenjevalniku štrlijo tesnilni trakovi (prikazani kot majhni pravokotniki, pritrjeni na pregrado) v to režo in se skoraj dotikajo stene ohišja.

Pregrada je prikazana kot vodoravna črta, ki prečka notranjost lupine, z izrezi (okence pregrade) na vrhu in na dnu. Tekočina, ki teče okoli robov pregrade-skozi pregrado-do-prostosti lupine-je prikazana kot puščice, ki potekajo med konico pregrade in steno lupine.

Majhne puščice med posameznimi cevmi in pregrado predstavljajo puščanje od-do-pregrade.

Tesnilni trakovi blokirajo obročast obvod. Če velike puščice manjkajo, kažejo neoviran pretok skozi obročasto režo.

Preprečevanje puščanja obvoda
Puščanje obvoda je najbolje preprečiti med načrtovanjem in začetnim sestavljanjem:

Določite konstrukcijo TEMA razreda R ali B – Ti standardi določajo največje odmike in zahtevajo tesnilne trakove za premere lupine nad določeno velikostjo.

Uporabite dvojne tesnilne trakove – Dve vrsti tesnilnih trakov na pregrado zagotavljata redundanco.

Preglejte tesnilne trakove med ponovnim vstavljanjem cevi – vse manjkajoče ali poškodovane trakove zamenjajte pred ponovnim sestavljanjem.

Izogibajte se vodnemu kladivu – kot je opisano v povezanih vodnikih, parno kladivo poškoduje pregrade in zrahlja priključke tesnilnih trakov.

Redni notranji pregled (vsakih 3–5 let) mora vključevati preverjanje tesnosti tesnilnih trakov in stanja loput. Če se prej sumi na puščanje obvoda, se lahko preskus padca tlaka pri znanem pretoku primerja z osnovnimi podatki.

Zaključek
Puščanje obvoda je težava pri načrtovanju in vzdrževanju, ki tiho poslabša delovanje toplotnega izmenjevalnika PTFE. Primarne poti so razdalja od snopa-do-ohišja (obročasti obvod) in razdalja-do-ohišja. Manjkajoči ali obrabljeni tesnilni trakovi in ​​poškodovane pregrade so najpogostejši vzroki. Notranji pregled pogosto razkrije te težave. Korektivni ukrepi vključujejo zamenjavo tesnilnih trakov, popravilo ali zamenjavo poškodovanih loput in, kot začasen ukrep, povečanje stranskega pretoka-ohišja. Za resne težave z odmikom bodo morda potrebne navidezne cevi ali preoblikovanje. Težava z obvodnim puščanjem PTFE toplotnega izmenjevalnika lahko zmanjša prenos toplote za 10–30 %, vendar je večino primerov v celoti popravljivih med načrtovanim izpadom. Pravilna izdelava z ustreznimi tesnilnimi trakovi in ​​občasni notranji pregledi ohranjajo toplotno učinkovitost in podaljšujejo življenjsko dobo.