Ako sa líšia PTFE výmenníky tepla bajonetového-štýlu od konvenčných dizajnov pevných rúrok?

Väčšina plášťových a rúrkových výmenníkov má rúrky pripevnené na oboch koncoch. Bajonetový výmenník to otáča na hlave: rúrky sú pripevnené len na jednom konci, druhý koniec sa môže voľne posúvať v utesnenom vonkajšom plášti. Tento jednoduchý dizajn prekonáva dve dlhotrvajúce-starosti, tepelný stres a prístup k údržbe. Bajonetové usporiadanie je lákavou alternatívou pre náročné povrchové úpravy a aplikácie chemických procesov s PTFE výmenníkmi tepla, kde vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti materiálu (CTE) robí riešenia s pevnými rúrovkami problematické.

Konštrukcia bajonetu (vysvetlené)
Názov bajonetového PTFE výmenníka tepla pochádza zo vzhľadu bajonetovej- žiarovky alebo potrubnej spojky, v ktorej je jedna časť vložená do druhej a zaistená v jednom bode. Bajonetová trubica pozostáva z dvoch sústredných trubíc, vnútornej trubice a vonkajšej trubice, utesnených na vzdialenom konci v terminológii výmenníka tepla. Zostava je umiestnená v plášti (alebo priamo do nádrže) a je zaistená iba na vstupnom/výstupnom konci-zvyčajne na rúrkovnici alebo prírube. Druhý koniec tyče sa môže tepelne rozťahovať a sťahovať.

Pri bajonetovej konfigurácii je dráha tekutiny zvyčajne štruktúrovaná ako:

Servisná kvapalina (para, horúca voda alebo chladiaca kvapalina) sa privádza cez vnútornú rúrku a prúdi na utesnený koniec.

Kvapalina sa na utesnenom konci otáča a prúdi späť v prstencovej oblasti medzi vnútornou a vonkajšou rúrkou.

Teplo sa dodáva do procesnej tekutiny na strane plášťa (alebo na strane nádrže) cez vonkajšiu stenu rúrky.

Kvapalina potom odchádza cez prstencový priestor tým istým koncom, do ktorého prišla.

Prietokový kanál „v-a{1}}odvádza“ znamená, že vstupné aj výstupné konektory sú na rovnakom konci výmenníka. Voľný koniec bajonetovej trubice je voľný, s výnimkou tesnenia, a môže sa voľne pohybovať axiálne.

Hlavné rozdiely oproti tradičným dizajnom pevných rúrok
V tradičnom PTFE výmenníku tepla s pevnými rúrkami sú rúrky upevnené na oboch koncoch, pričom rúrkovnica je na vstupnom konci a druhá na výstupnom konci. Zväzok rúrok je neoddeliteľnou súčasťou plášťa a bočné trysky-plášťa sú privarené k plášťu. Mechanické správanie a jednoduchosť údržby sú úplne odlišné.

Akomodácia tepelného napätia
Okrem toho je expanzia PTFE 10 až 20-krát väčšia ako expanzia ocele (120 až 150 x 10-6/stupeň oproti 11 x 10-6/stupeň). Pri pevnej rúrkovnici sa PTFE rúrka s dĺžkou 2 m zahriata z 20 stupňov na 100 stupňov roztiahne asi o 12–15 mm. Obidva konce sú pevné, takže táto expanzia vytvára tlakové sily, ktoré môžu zdeformovať PTFE trubicu alebo poškodiť spoje trubice. Aby sa tomu zabránilo, pevný trubicový PTFE výmenník bude musieť:

Plávajúca hlava (umožňujúca pohyb jednej rúrkovnice), príp

Dilatačná škára v plášti; alternatívne,

Veľmi krátke dĺžky trubice (obmedzujúce kapacitu výmenníka)

Každá z týchto možností zvyšuje náklady, zložitosť a možné miesta úniku.

Na druhej strane bajonetový PTFE výmenník tepla je skutočne odolný voči tepelnej rozťažnosti. Voľný koniec bajonetovej rúrky sa axiálne posúva v plášti alebo vonkajšom plášti, keď sa PTFE rozťahuje a zmršťuje. Odpadá potreba dilatačného spoja, plávajúcej hlavy alebo jedinečného prispôsobenia materiálu. Bajonetový tvar je obzvlášť atraktívny pre aplikácie zahŕňajúce veľké teplotné výkyvy alebo časté tepelné cykly.

Prístup k údržbe a odnímateľnosť zväzkov
Bajonetový dizajn má veľkú mechanickú výhodu v tom, že celý zväzok rúrok možno vybrať z výmenníka bez toho, aby sa narušilo bočné potrubie plášťa. Zväzok je vložený do plášťa na jednom konci a je držaný na mieste pomocou jednej príruby alebo rúrkovnice. Ak chcete odstrániť zväzok na čistenie, kontrolu alebo výmenu:

Vstupné/výstupné potrubie na strane rúrky je odpojené.

Odstráňte prírubové skrutky zväzku.

Zväzok sa vytiahne z plášťa v axiálnom smere.

Plášť je na svojom mieste a všetky bočné{0} potrubia plášťa (vrátane trysiek, tesnení a konektorov) sú neporušené.

Pri pevnej rúrkovnici je odstránenie zväzku rúrok oveľa komplikovanejšie. Oba konce plášťa musia byť otvorené a môže byť potrebné odpojiť bočné trysky plášťa alebo odstrániť celý výmenník z potrubia. Toto môže byť veľký projekt pre veľké výmenníky v rušných procesných lokalitách.

Pre služby, kde je potrebné pravidelné čistenie (napríklad vane na povrchovú úpravu náchylnú na znečistenie{0}), je jednoduchosť odstránenia zväzkov pomocou bajonetového výmenníka rozhodujúcou výhodou. Vytiahnutie, vyčistenie a vloženie bajonetového zväzku trvá len niekoľko hodín; pevný zväzok rúrok môže znamenať celý deň alebo viac prestojov.

Tepelné problémy s výkonom
Bajonetový dizajn má kompromis-teplotného výkonu. Prstencová prietoková dráha (tekutina prúdiaca vo vnútornej trubici a späť cez prstenec) poskytuje dvojitý-potrubný efekt. Existujú dva dôvody, prečo je celkový koeficient prestupu tepla o niečo nižší ako pri porovnateľnej protiprúdovej pevnej rúrkovnici:

Znížený efektívny teplotný rozdiel - Vzor prúdenia nie je čistý protiprúd, ale zmes protiprúdu a paralelného prúdenia, čo znižuje logaritmický priemerný teplotný rozdiel (LMTD).

Nižšia rýchlosť na strane prstenca - Pri rovnakom celkovom prietoku môže mať prstencová medzera nižšiu rýchlosť ako jedna trubica, čo ovplyvňuje koeficient filmu.

Toto zníženie je však často malé (10-20 %) a často sa proti nemu dá použiť možnosť použitia dlhších rúrok (keďže tepelná rozťažnosť nie je obmedzujúcim faktorom) a prevádzka pri vyšších rýchlostiach na strane plášťa. V mnohých aplikáciách povrchovej úpravy výhody použiteľnosti výrazne prevažujú nad nevýhodou malej účinnosti.

Materiály a konštrukcia
Bajonetové výmenníky sú obľúbené pre konštrukcie z grafitu a PTFE, pretože sú pri namáhaní krehké alebo tečúce a tieto materiály majú značnú tepelnú rozťažnosť. Bajonetový dizajn pracuje s kvalitami materiálu, nie proti nim.

V PTFE bajonetových výmenníkoch sú vnútorné a vonkajšie rúrky zvyčajne vyrobené z PTFE alebo PFA (perfluóralkoxy). Utesnený koniec je vyrobený zváraním alebo tepelným spojením dvoch rúrok dohromady. Voľný koniec je otvorený a vnútorná rúrka prechádza cez rúrkovnicu alebo objímku. Vonkajšia rúrka je utesnená proti rúrkovnici pomocou PTFE tesnenia alebo O-krúžku, ktorý umožňuje axiálny posuv a zabraňuje úniku.

Treba poznamenať, že voľný koniec bajonetovej trubice musí byť držaný, aby sa zabránilo vibráciám. V dlhých bajonetových rúrach (napr. . 3-5 m) sa vo vnútri plášťa používajú medziľahlé oporné krúžky alebo usmerňovače na vedenie vonkajšej rúry bez zamedzenia axiálneho pohybu. Bez tejto podpory môžu vibrácie-vyvolané prúdením spôsobiť opotrebovanie a predčasné zlyhanie.

Porovnávacia tabuľka: Funkcia bajonetového výmenníka s pevnou rúrkou PTFE Výmenník bajonetového štýlu Výmenník PTFE s pevnou rúrkou Upevnenie rúrky PTFE výmenníka Jeden koniec pevný, druhý koniec voľne pohyblivýOba konce sú pripevnené k rúrkam
Thermal Expansion Accommodation Inherent – ​​šmykľavky s voľným koncom; nie je potrebný žiadny kompenzátor Vyžaduje plávajúcu hlavu, kompenzátor alebo extrémne krátke rúrky
Odnímateľnosť zväzku Jednoduché vytiahnutie zväzku z jedného konca bez narušenia plášťového potrubia Náročná demontáž oboch koncov Často zahŕňa odstránenie výmenníka z potrubia
Trysky v ShellCan môžu zostať pripojené počas odstraňovania zväzku Výmenník je potrebné odpojiť alebo presunúť
Bočné pripojenia trubice Vstup a výstup na rovnakom konci Vstup a výstup na opačných koncoch (všeobecne)
Prietok dovnútra a von cez koncentrické rúrky (dvojitá{0}}rúrka efekt)Priama priechodná (jeden priechod) alebo viac{1}}priechodová s vratným krytom
Tepelná účinnosť Mierne znížená (korekčný faktor LMTD 0,85–0,95) Vyššia (môže dosiahnuť skutočný protiprúd)
Priemer Max. Dĺžka rúrky Tepelné namáhanie obmedzené na manipuláciu a vibrácie Obmedzené tepelnou rozťažnosťou (zvyčajne 1,5–2,5 m pre PTFE bez dilatačnej škáry)
Odolnosť voči znečisteniu Dobrá, zväzok je odnímateľný na čistenieSpravodlivé – čistenie si vyžaduje dlhší čas mimo prevádzky
Cena za malé jednotky. Stredná - jedna rúrka, bez dilatačného spoja Dolná - Jednoduchšia montáž pre krátke rúrky
Náklady na veľké/dlhé jednotkyNižšie – nie sú potrebné drahé kompenzátoryVyššie – plávajúca hlava alebo kompenzátor zvyšujú náklady
Praktické použitie pre bajonetové PTFE výmenníky tepla
Pri chemickom spracovaní a povrchovej úprave sa uprednostňuje bajonetový dizajn pre množstvo špecializovaných prípadov:

Silné tepelné cyklovanie - Dávkové postupy s niekoľkými cyklami ohrevu a chladenia výmenníka každý deň. Voľné-posuvné bajonetové rúrky umožňujú túto jazdu bez hromadenia stresu.

Odstraňovanie nečistôt - Kúpele, ktoré zanechávajú vodný kameň, kal alebo organické povlaky na povrchu prenosu tepla. Je dôležité, aby ste mohli pravidelne podľa plánu ťahať zväzok na mechanické alebo chemické čistenie.

Agresívne kyslé prostredie vyžadujúce PTFE - PTFE je chemicky inertný a určený pre agresívne kyseliny (napr. chlorovodíková, sírová, fluorovodíková). Bajonetový dizajn znižuje počet tesnení a potenciálnych netesností na strane rúrky.

Obmedzený prístupový priestor - Keď je potrebné výmenník postaviť v šachte, pri stene alebo na mieste, kde nie je možné dosiahnuť prístup k obom koncom. Bajonetový výmenník sa obsluhuje len na jednom konci.

Dodatočné inštalácie - Výmena existujúceho pevného rúrkového výmenníka s problémami s tepelnou únavou Základná príčina týchto porúch je odstránená bajonetovým dizajnom.

Na rozdiel od toho, pevné rúrkové systémy stále súťažia o:

Malé, krátke výmenníky (dĺžka rúrky < 1,5 m), kde tepelná rozťažnosť nie je problémom.

Aplikácie bez tepelného cyklovania. Veľmi čisté tekutiny.

Keď je potrebný čistý protiprúd na maximalizáciu LMTD (napr. rekuperácia tepla s blízkou teplotou).

Projekty s rozpočtovými obmedzeniami, pri ktorých sú hlavnou hnacou silou najnižšie počiatočné náklady.

Úvahy o inštalácii a prevádzke
Pri špecifikácii PTFE výmenníka tepla bajonetového typu je potrebné vziať do úvahy množstvo praktických aspektov.

Podpera voľného konca Voľný koniec bajonetovej rúrky by mal byť podopretý, ale nie pevne pripevnený. Kontaktu kovu-na-PTFE je zabránené pomocou PTFE opotrebiteľných návlekov alebo krúžkov s nízkym -trením.

Dizajn tesnenia - Posuvné tesnenie pre vstup vonkajšej rúrky do rúrkovnice musí umožňovať axiálny pohyb bez úniku. Bežné sú PTFE okrajové tesnenia alebo O-krúžky s pružinovými zdrojmi energie.

Rozdelenie prietoku - Uistite sa, že prstencová medzera je dostatočne veľká, aby sa zabránilo nadmernému poklesu tlaku. Medzera je vo všeobecnosti 2-5 mm, v závislosti od priemeru rúrky a rýchlosti prúdenia.

Vibrácie trubice - Usmerňovače alebo podporné dosky by mali byť umiestnené v intervaloch 0,5 – 1,0 metra, aby sa predišlo vibráciám vyvolaným vírením-. Podpery musia umožňovať axiálny posuv.

Všimnite si tiež, že bajonetové výmenníky môžu byť inštalované v mnohých počtoch v jednom plášti. Viac-bajonetový dizajn využíva veľký počet bajonetových rúrok v tandeme, všetky sú upevnené na rovnakej rúrke. Toto usporiadanie poskytuje veľkú plochu na prenos tepla a prístup na údržbu len z jedného konca.

Záver