Aké sú riziká znečistenia pri nízkych rýchlostiach toku v PTFE výmenníku a ako ich možno riadiť?

Ak sa prietok zníži na plazivý pokles, pokles tlaku bude nízky, ale umožní to aj usadenie suspendovaných materiálov a rast biofilmov na povrchoch PTFE trubíc. Hydraulicky postačujúci PTFE výmenník sa môže stať systémom náchylným na zanášanie-, ak rýchlosť klesne príliš nízko pre podmienky samočistiaceho prietoku.

Mechanizmy zanášania v podmienkach nízkeho prietoku
Mechanizmy zanášania sú v PTFE výmenníku znečistenia s nízkou rýchlosťou prúdenia veľmi odlišné od bežných prevádzkových podmienok. Keď sa rýchlosť na strane trubice zníži pod približne 0,5 m/s, energia prúdenia už nie je dostatočná na udržanie unášaných častíc.

V tomto bode sa pevné častice začnú usadzovať gravitáciou. Rýchlosť usadzovania je určená veľkosťou častíc, hustotou a viskozitou tekutiny. Ťažšie alebo väčšie častice sa najskôr usadia v zónach s nízkou energiou, ako sú dná skúmaviek alebo stacionárne zóny.

Mikrobiálny rast môže nastať aj vtedy, ak sú v procesnej tekutine dostupné živiny. Nakoniec sa baktérie prichytia na povrchy a vytvoria biofilmy. Tieto biofilmy tvoria izolačnú vrstvu, ktorá znižuje účinnosť prenosu tepla a ovplyvňuje hydraulický odpor.

PTFE má nízku povrchovú energiu a prirodzene vykazuje menšiu priľnavosť ako kovové povrchy. PTFE však nezabráni zanášaniu v prípadoch, keď hydrodynamické sily nestačia na zabránenie usadzovaniu.

Čistým dopadom je postupná strata tepelného výkonu a pomalý nárast poklesu tlaku v dôsledku blokovania vnútorných povrchov.

Samo{0}}samočistiace správanie a prahová hodnota prietoku-
Rýchlosť prúdenia je hlavnou charakteristikou, ktorá riadi nebezpečenstvo zanášania vo výmenníkoch tepla. Nad kritickou hodnotou šmykové sily na stene inhibujú usadzovanie častíc a kontinuálne odstraňujú zanášacie vrstvy v ranom štádiu.

Tento samočistiaci účinok sa stráca pod približne 0,5 m/s. Tento prah sa často považuje za praktický spodný limit pre prijateľnú prevádzku pri dodávke čistej vody. V kaloch alebo kvapalinách naložených časticami sú na udržanie suspenzie a zabránenie sedimentácii potrebné vyššie minimálne rýchlosti, vo všeobecnosti presahujúce 1,0 m/s.

Znečistenie je časovo-nezávislé a reverzibilné nad týmito limitmi a závisí od času{1}}a je ťažšie ho zvrátiť pod týmito limitmi.

Účinky nízkorýchlostného znečistenia
Účinky znečistenia pri podmienkach nízkeho prietoku zahŕňajú:

Izolačné usadeniny znižujú koeficient prestupu tepla

Menšie prietokové kanály znamenajú vyšší pokles tlaku

Nerovnomerné rozloženie prietoku vo zväzkoch rúrok

Zrýchlená korózia alebo mikrobiálne spôsobené zhoršenie zraniteľných systémov

Tieto vplyvy sú kumulatívne, čo vedie k zníženiu účinnosti výmenníkov a zvýšeniu frekvencie údržby.

Návrhové a prevádzkové alternatívy zmiernenia
Riadenie rizika nízkej rýchlosti prúdenia PTFE výmenníka zanášania zahŕňa kombináciu hydraulického dizajnu, chemického riadenia a dizajnu údržby.

Dodržiavanie minimálnej rýchlosti
Jedným z hlavných cieľov dizajnu je zachovať dostatočnú rýchlosť na strane trubice, aby sa zabezpečila samočistiaca činnosť. Dobré pravidlo znie:

Minimum tube side velocity >=0.5 m/s (čistá tekutina)

Preferovaná konštrukčná rýchlosť Väčšia alebo rovná 1,0 m/s pre spoľahlivé samočistenie-

Pri navrhovaní systému by ste sa mali vyhnúť dlhodobej-prevádzke pod týmito úrovňami.

Optimalizácia priemeru trubice
Rýchlosť pre daný prietok je priamo ovplyvnená priemerom trubice. Pre daný objemový prietok vedú menšie priemery rúr k vyšším rýchlostiam, zvyšujúcim sa šmykovým silám stien a znižovaniu potenciálu znečistenia.

Táto konštrukčná metóda je často úspešnejšia ako zväčšovanie veľkosti trubice, pretože by to ďalej znížilo rýchlosť a zvýšilo riziko usadzovania.

Recirkulácia a riadenie prietoku
Ak procesné obmedzenia vyžadujú nízky čistý prietok, možno pridať recirkulačné slučky. Zvýšením rýchlosti vnútornej cirkulácie pri zachovaní nízkeho čistého prietoku je možné zachovať dostatočnú rýchlosť v rúrach výmenníka.

Toto sa často používa v citlivých chemických a biochemických procesoch, kde sa nedá vyhnúť nízkemu celkovému prietoku.

Riadenie chemického znečistenia
Biologické znečistenie a zanášanie vodným kameňom sa často kontroluje technikami chemického ošetrenia. Toto sú:

Biocídy na kontrolu mikrobiálneho rastu

Anti{0}}skalanty na zabránenie usadzovaniu minerálov

Techniky pravidelného čistenia na mieste (CIP).

Chemická kontrola je dôležitou otázkou v mnohých priemyselných aplikáciách, a to aj napriek nízkej priľnavosti PTFE.

Dizajn čistenia
Výmenníky by mali byť konštruované tak, aby umožňovali jednoduché mechanické alebo chemické čistenie. Toto je pre:

Rovné rúrkové konštrukcie všade tam, kde je to možné

Kontrolné a preplachovacie hlavice prístupné

Kompatibilita so systémami CIP.

Údržba navrhnutá tak, aby skrátila prestoje a minimalizovala dlhodobé hromadenie znečistenia.

Pokyny pre dizajn Pravidlo--palca
Technická praktická príručka na minimalizáciu rizika znečistenia je:

Pre optimálne samočistiace-chovanie sa vyžaduje minimálna bočná rýchlosť trubice približne. 1.0 m/s.

Tento prah poskytuje bezpečnostnú rezervu, ktorá znižuje citlivosť na zaťaženie časticami, tvorbu biofilmu a nesprávnu distribúciu toku.

Záver
Podmienky nízkeho prietoku sú hlavným problémom zanášania PTFE výmenníkov tepla v dôsledku usadzovania častíc a tvorby biofilmu, keď je rýchlosť pod kritickou úrovňou. PTFE povrchy znižujú tendenciu priľnavosti, ale nemôžu kompenzovať nedostatočné hydrodynamické šmykové namáhanie.

Zmiernenie môže byť účinné, ak sa zohľadnia proaktívne konštrukčné úvahy, ako je riadenie rýchlosti, optimalizácia veľkosti rúr, chemické ošetrenie a plánovanie údržby. Najlepšou kontrolou rizika znečistenia je technický dizajn, nie nepriľnavé- vlastnosti materiálu.

Nakoniec sú najlepšie systémy výmenníkov tepla tie, ktoré sú postavené tak, aby sa v prvom rade zabránilo zanášaniu za predpokladaných prevádzkových podmienok, a nie tie, ktoré závisia od opatrení na nápravu po-znečistení.