Ako je skonštruovaný blokový grafitový výmenník tepla a aké sú jeho jedinečné montážne vlastnosti?

Mnohé grafitové výmenníky tepla sú konštruované ako jeden blok s vyvŕtanými kanálmi, ktoré pripomínajú skôr opracované rozdeľovacie potrubie než zväzok rúrok, na rozdiel od dobre -známej konfigurácie plášťa{1}}a{2}}rúr. Táto štruktúra má určité výhody v kompaktnosti, ale tiež obmedzuje opravu. Pri korozívnych činnostiach, kde je priestor na prvom mieste alebo kde je dôležitá integrita netesností, je na špecifikáciu vhodného zariadenia potrebná znalosť procesu konštrukcie blokových grafitových výmenníkov tepla.

Konštrukcia jadra: Cementované vŕtané bloky do monolitu
Postup začína obrovskými blokmi nepriepustného grafitu. Grafit sa stáva odolným voči korózii impregnáciou porézneho uhlíkového grafitu fenolovou alebo furánovou živicou, aby sa grafit utesnil proti prenikaniu tekutín. Bloky sú presne vyvŕtané s dvoma sadami kolmých otvorov, jeden pre procesnú kvapalinu a jeden pre prevádzkovú kvapalinu (vykurovacie alebo chladiace médium). Dva tekutinové kanály sú vo všeobecnosti navzájom kolmé, v pravých uhloch a nekrížia sa.

Jednotlivé bloky sa potom hromadia a tmelia špecifickým živicovým cementom. Cement musí mať rovnaký koeficient tepelnej rozťažnosti ako grafit a podobnú odolnosť voči korózii. Stoh tvorí po zostavení a vytvrdnutí monolitické grafitové jadro. Blok blokov je ukončený zberačmi (distribučnými komorami), ktoré sú priskrutkované ku koncom, zvyčajne s tesnením, na smerovanie tekutiny do a von z vyvŕtaných kanálov. Celá táto zostava je potom uzavretá v oceľovom plášti alebo dodávaná s vonkajšími krytinami.

Špeciálne funkcie montáže blokových grafitových výmenníkov
Modularita pre škálovanie
Povaha blokového dizajnu poskytuje modularitu. Niekoľko blokov je možné naskladať horizontálne alebo vertikálne, aby sa zlepšila oblasť prenosu tepla. V rámci jedného plášťa je možné použiť rôzne dĺžky blokov, takže je možné splniť potrebné úlohy bez potreby výroby na mieru. Táto modularita znižuje zásoby náhradných dielov, pretože chybný blok možno teoreticky zmeniť, hoci v skutočnosti sa výmena bloku vykonáva len zriedka, najmä ak sa zvažujú komplikácie pri lepení.

Extrémna kompaktnosť
Celý objem bloku je aktívnou teplovýmennou plochou – každý kubický centimeter má pretínajúce sa kanály, vďaka čomu je jednotka mimoriadne kompaktná. Žiadne rúrky, usmerňovače alebo rúrkové plechy, ktoré by zaberali miesto. Blokový grafitový výmenník môže využívať o 50-70 % menšiu podlahovú plochu ako kovové plášťové-a rúrkové výmenníky rovnakého výkonu. Táto kompaktnosť je obzvlášť užitočná pri dodatočnej montáži alebo inštalácii v existujúcich chemických zariadeniach, kde je priestor na prvom mieste.

Odstránenie spojov medzi rúrkami a rúrovnicami
Bloková konštrukcia eliminuje spoje-k{1}}rúrkovým plechom, čo je bežnou príčinou netesností v konvenčných výmenníkoch tepla. Žiadne mechanicky valcované alebo zvárané konce rúrky. Tuhý grafit tvorí bariéru medzi procesom a prevádzkovými kvapalinami. Tesnenia sa používajú výhradne na zberači-na-blokovanie spojení, kde majú obe kvapaliny mierny rozdiel tlakov. To drasticky minimalizuje možné únikové kanály a zvyšuje bezpečnosť s nebezpečnými alebo jedovatými kvapalinami.

Žiadne tesnenia medzi servisnými a procesnými kvapalinami
Hlavnou bezpečnostnou charakteristikou konštrukcie bloku je, že dva prúdy tekutiny nie sú oddelené tesnením. Grafitový blok je súvislá monolitická bariéra. Tesnenia zberača môžu presakovať, ale keďže sú komory zberača izolované, existuje len malá pravdepodobnosť krížovej kontaminácie procesných a prevádzkových kvapalín. Táto vlastnosť je obzvlášť cenná v aplikáciách, kde by zmiešanie dvoch kvapalín spôsobilo vážne reakcie alebo stratu produktu.

Hlavným obmedzením je neopraviteľnosť-
Unikátna konštrukcia predstavuje aj veľké obmedzenie. Ak sa blok vo vnútri zlomí v dôsledku tepelného šoku, tlakového rázu alebo mechanického namáhania, nie je možné ho zvárať, záplatovať ani plniť. Vnútorné priechody nie sú prístupné na opravu. Musíte vymeniť celý blok alebo celý zásobník blokov. V skutočnosti to vo všeobecnosti znamená opustenie celého výmenníka, pretože výmena jednotlivých blokov zahŕňa prerušenie lepených spojov a opätovné spojenie nových blokov, čo je zriedkavo lacné.

V niektorých náročných prevádzkach sú blokové výmenníky v skutočnosti spotrebnými komponentmi. Odolnosť voči teplotným cyklom a mechanickej únave riadi ich životnosť. Ak sa očakáva periodické praskanie, je možné použiť viacero menších blokových jednotiek paralelne, takže jedna porucha nezastaví celý proces.

Porovnanie výmenníkov tepla Shell a Tube Graphite
Grafitové výmenníky tepla majú tiež plášťový{0}}a{1}}rúrkový dizajn s použitím grafitových rúrok (zvyčajne s priemerom 20 – 50 mm) a grafitových rúrok. Porovnanie odhaľuje kompromisy:

Vlastnosť: Blokový grafitGrafit, plášť a trubica
Hustota tepelného tokuVeľmi vysoká (tesná) Stredná
Cesty úniku Málo (žiadne rúrkové spojky) Veľa (každá rúrková spojka)
Opraviteľnosť Žiadna (prasknutý blok=vymeniť) Dobrá (jednotlivé rúrky možno zapojiť alebo vymeniť)
Maximálny prevádzkový tlak Nižší (často 6–10 barov) Vyšší (možno 10–16 barov)
Čistenie / znečistenie Upchaté otvory sa ťažšie čistia Mechanické čistenie rúr je možné
Typické úlohy Kondenzácia Jednofázové kvapaliny Reboilery, ohrev, chladenie
Blokové výmenníky sa často používajú na kondenzáciu a jednofázové kvapalné činnosti, kde je účinne kontrolovaný tepelný šok. Pre služby, kde je problémom upchávanie, zanášanie alebo kolísanie teploty, sa uprednostňujú grafitové systémy plášťa a rúrky, pretože jednotlivé rúrky je možné vymeniť.

Praktické úvahy pre špecifikáciu
Pri zvažovaní konštrukcie blokového grafitového výmenníka tepla pre konkrétnu prevádzku by sa mali zvážiť nasledujúce premenné:

Frekvencia tepelných cyklov - Zvýšená frekvencia cyklov zvyšuje riziko prasklín. Návrhy blokov radi bežia stále.

Prechodné tlaky - Náhle tlakové skoky (vodné rázy) môžu rozbiť bloky. Návrh potrubia a odľahčenie tlaku musia byť správne.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1–2 mm hrozí zanesenie, ktoré nie je ľahké prepichnúť.

Kritickosť služby - V rámci jedného-procesu vlaku, kde porucha výmenníka spôsobí zastavenie výroby, nemusí byť prijateľné, že nie je možné opraviť blokové jednotky. Odporúčajú sa redundantné jednotky alebo iný typ budovy.

Záver:
Blokový grafitový výmenník tepla je špecializovaný vysokovýkonný dizajn, ktorý obetuje opraviteľnosť pre extrémnu kompaktnosť a menej únikových ciest. Jeho konštrukcia je tvorená vŕtanými blokmi naskladanými a spájanými tak, aby vytvorili monolitické jadro, ktoré poskytuje veľkú hustotu prenosu tepla a žiadne spoje-k{2}}rúrkovému plechu. Ale prasknutý blok sa nedá opraviť, musí sa úplne vymeniť. Štýl budovy musí byť v súlade s filozofiou údržby a kritickosťou služby. Blokový grafit je elegantné, priestor šetriace riešenie pre nízke tepelné šoky, nepretržité, čisté, jednofázové činnosti. Pre náročné alebo bezpečnostné-služby, kde je dôležitá opraviteľnosť, môžu byť vhodnejšie iné materiály alebo škrupinový-a-grafit.