Prečo sa pri výmenníkoch tepla z PTFE vyvinie únik obtokom a ako sa to opraví?

Únik obtokom nie je únik do vonkajšieho prostredia, ale vnútorná skratka-skrátená{1}}kvapalina-na strane plášťa, ktorá prúdi okolo zväzku rúrok namiesto toho, aby ním pretekala. Tento vnútorný obtok je stratou teplosmennej plochy a znížením účinnosti výmenníka, ale zvonku nie je viditeľný. Je dôležité poznať cesty a príčiny problémov s únikom obtoku PTFE výmenníka tepla na diagnostiku straty výkonu a plánovanie úspešných opráv. Tento článok pojednáva o bežných únikových kanáloch, príčinách úniku a krokoch opravy na obnovenie tepelného výkonu.

Únik bypassu: čo to je a prečo na tom záleží?
V plášťovom-a{1}}trubkovom výmenníku tepla má tekutina na strane plášťa-pretekať cez zväzok rúrok, usmerňovaných prepážkami. K úniku bypassu dochádza, keď sa časť tejto tekutiny nedotkne rúrok, pretože steká po kratšej dráhe s nižším odporom. Kvapalina opúšťa výmenník s malou alebo nulovou zmenou teploty, čo znižuje celkovú rýchlosť prenosu tepla.

Únik obtokom je škodlivý, najmä pre PTFE výmenníky tepla, ktoré už majú nižšiu tepelnú vodivosť ako kovové jednotky. Obtokový prietok o 20 % môže znížiť efektívny koeficient prestupu tepla o 25–35 %, pretože obtoková kvapalina sa nezúčastňuje výmeny tepla. Problém je interný a nedá sa zistiť externou vizuálnou kontrolou alebo tlakovou skúškou, iba monitorovaním tepelného výkonu alebo internou kontrolou.

Primárne obtokové cesty úniku tepla výmenníka tepla PTFE
Kvapalina na -strane plášťa môže obísť zväzok rúrok tromi rôznymi spôsobmi.

1. Zväzok-k{2}}čisteniu plášťa (kruhový obtok)
Medzi najvzdialenejšími rúrkami a vnútornou stenou plášťa je vždy priestor. Táto prstencová medzera je potrebná na vkladanie a vyberanie zväzku rúrok. Táto medzera je vyplnená v dobre konštruovanom výmenníku s tesniacimi pásikmi (niekedy nazývanými obtokové tesnenia) alebo slepými rúrkami, ktoré obmedzujú prietok. Tesniace pásy sú často ploché oceľové tyče alebo pásy plnené PTFE{3}} pripevnené k priehradkám, vyčnievajúce von a dotýkajúce sa steny plášťa.

Keď tesniace pásy chýbajú, sú opotrebované alebo roztrhnuté, kvapalina na strane plášťa ľahko preteká cez prstencovú medzeru bez toho, aby vstúpila do zväzku rúrok. Toto je hlavný obchvat.

2. Vôľa medzi priehradkou a plášťom
Prepážky nezapadajú tesne do plášťa. Pre montáž a tepelnú rozťažnosť je poskytnutá malá vôľa (zvyčajne 1–3 mm). Tekutina môže pretekať cez okraje každej priehradky, najmä hornú a spodnú časť, kde dochádza k prerezaniu priehradky. Únik v nových výmenníkoch je mierny (2-5 % z celkového prietoku). Ak sa však usmerňovače poškodia, skrútia, skorodujú alebo erodujú, zväčší sa vôľa a značne sa zvýši obtokový prietok.

Vodný ráz (parné kladivo), cudzie predmety prepravované v kvapaline na strane plášťa a korózia komponentov kovových prepážok môžu spôsobiť poškodenie PTFE prepážok výmenníka tepla (samotné PTFE rúrky nekorodujú, ale kovové usmerňovače a nosné dosky môžu).

3. Vzdialenosť medzi rúrkou a prepážkou
Každá priehradka má otvor, cez ktorý preteká PTFE trubica. Na umožnenie pohybu ohybnej PTFE trubice a zabránenie zviazania počas tepelnej rozťažnosti je potrebný priestor 0,2 až 0,5 mm. Tieto malé prstencové otvory môžu umožniť únik tekutiny. Únik z rúrky do usmerňovača je vo väčšine návrhov vo všeobecnosti menším faktorom, ktorý prispieva k obtoku (zvyčajne<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.

Dôvody pre PTFE bypass netesnosti výmenníkov tepla
Interné vyšetrenie zvyčajne odhalí jeden alebo viac z nasledujúcich stavov:

Opotrebovaný alebo chýbajúci pásik proti poveternostným vplyvom
Tesniace pásy sa upevňujú na prepážky pomocou skrutiek, príchytiek alebo zváraním. Skrutky sa môžu časom uvoľniť, spony môžu zlyhať alebo samotné pásiky môžu korodovať alebo znehodnotiť. V niektorých balíkoch-opravených v teréne nemuseli byť tesniace pásy preinštalované-po prerobení{4}}trubiek. Pravidelným objavom je, že tesniace pásiky sú prítomné iba na niekoľkých prepážkach alebo úplne chýbajú.

Poškodené priehradky,
Prepážky môžu byť zlomené:

Parné kladivo – Opakované rázové vlny môžu ohnúť alebo rozbiť kovové priehradky v blízkosti otvorov trubice.

Korózia - Oceľové usmerňovače sa môžu pri korozívnom používaní stenčiť a stratiť tvar (dokonca aj s hadicami z PTFE) .

Mechanický náraz - Usmerňovače sa môžu počas vkladania alebo vyberania zväzku ohnúť, ak nie sú správne zarovnané.

Ohnutá priehradka už neprilieha tesne k plášťu a vytvára značnú vôľu. Zlomenej priehradke môžu chýbať časti, ktoré umožnia prietok.

Veľká vôľa od originálneho dizajnu
Niektoré z-lacných PTFE výmenníkov tepla sú konštruované s nadmernou vôľou medzi zväzkami-k{2}}plášťu, aby sa uľahčila výroba. Môže byť medzera 10 mm alebo viac. Tesniace pásiky chýbajú alebo sú príliš malé. V týchto situáciách je únik obtoku konštrukčným prvkom a nemožno ho úplne odstrániť bez zásadného prepracovania.

Ako diagnostikovať netesnosť bypassu bez otvorenia výmenníka
Ak existuje podozrenie na únik obtoku:

Rýchlosť prenosu tepla, vypočítaná z teplôt na vstupe/výstupe a prietokov, je oveľa nižšia ako projektované číslo, aj keď sú rúrky čisté a nedochádza k žiadnym vonkajším únikom.

Pokles tlaku na strane plášťa je menší ako historické hodnoty pri rovnakom prietoku. Menší pokles tlaku znamená, že tekutina preteká kanálom s menším odporom (obtok).

Zmena teploty kvapaliny na -strane plášťa (ΔT) nie je taká, ako sa očakávalo, a výstupná teplota-strany rúrky je podobne mimo cieľovej hodnoty.

Po prvé, je dôležité vylúčiť alternatívne vysvetlenia slabého výkonu: znečistenie, zachytené nekondenzovateľné-látky alebo nižšie prietoky. Ak tieto zmiznú, pravdepodobne ide o únik obtoku.

Opatrenia na odstránenie úniku
Správna oprava závisí od závažnosti a dostupnosti zväzku rúrok.

1. Výmena tesniacich pásikov (najčastejšia oprava)
Pri výmenníkoch s odnímateľnými zväzkami rúr je možné vložiť alebo odstrániť tesniace pásy počas plánovanej odstávky. Postup je nasledovný:

Kryt škrupiny sa odstráni a zväzok rúrok sa vytiahne.

Prepážky sú kontrolované. Vyčistite nečistoty a koróziu z drážok existujúceho tesniaceho pásu.

Nové tesniace pásy (často tkanina impregnovaná PTFE, kovové pružinové pásy alebo plné PTFE tyče) sa narežú na požadovanú dĺžku a namontujú sa do štrbín na každej priehradke. Prúžky majú vyčnievať, aby sa dotýkali vnútornej steny plášťa s malým presahom (stlačenie 0,2–0,5 mm).

Pásy sú držané na mieste pomocou skrutiek alebo orezaním okrajov ozvučnice (pre kovové pásy). Niektoré konštrukcie držia pásiky tlakom plášťa na ozvučnicu.

Zväzok sa znova nainštaluje a výmenník sa otestuje.

Táto oprava normálne obnoví 90-100% strateného výkonu, ak nie sú poškodené ozvučnice.

2. Oprava alebo výmena usmerňovača
Samotné tesniace pásiky nedokážu fixovať prepážky, ktoré sú ohnuté, zlomené alebo skorodované. Poškodené priehradky by sa mali opraviť alebo vymeniť. Pre PTFE výmenníky tepla sú usmerňovače vo všeobecnosti vyrobené z kovu (nehrdzavejúcej ocele alebo uhlíkovej ocele), ktorý môže byť:

Narovnané -- Malé ohyby je možné stlačiť naplocho v hydraulickom lise.

Zvarené - Trhliny sú zvarené a vybrúsené do hladka. Dbajte na to, aby nedošlo k deformácii ozvučnice.

Vymenené – Silne poškodené usmerňovače sú odrezané zo zväzku a nové usmerňovače sú naskrutkované na PTFE trubice. Ide o pracnú-operáciu, ktorá sa často vykonáva počas úplnej prestavby.

Po oprave prepážky sa nainštalujú nové tesniace pásy.

3. Shell-Úprava bočného toku (dočasné zmiernenie)
V situáciách, keď nie je možná okamžitá demontáž, môžu prevádzkové úpravy čiastočne kompenzovať únik obtoku. Zvýšenie prietoku na strane plášťa- zvyšuje rýchlosť cez zväzok rúrok aj obtokové medzery. Pretože pokles tlaku sa zvyšuje so štvorcom rýchlosti, vyšší prietok môže zlepšiť podiel tekutiny, ktorá skutočne prejde rúrkami. Tým sa však neodstráni hlavná príčina a zvýši sa čerpanie energie. Považuje sa to len za dočasné opatrenie.

4. Prepracovanie pre vážne problémy s povolením
Pri výmenníkoch s prirodzene predimenzovanou svetlosťou plášťa (zlá pôvodná konštrukcia) sa možno pokúsiť o dodatočnú montáž hrubšími tesniacimi pásikmi alebo o inštaláciu slepých rúrok v prstencovom priestore. Falošné rúrky sú krátke rúrky z PTFE, ktoré sú umiestnené vo vonkajších otvoroch rúrky, ale sú utesnené na koncoch rúrkovnice, takže cez ne nepreteká žiadna tekutina. Zaberajú priestor a blokujú obchvat. Tento prístup vyžaduje vŕtanie ďalších otvorov do usmerňovačov a rúrok a zvyčajne ho vykonáva špecializovaná opravovňa.

Popis prierezového-diagramu (textové znázornenie)
Nasledujúci popis ilustruje obtokové cesty v typickom plášťovom -a{1} rúrkovom výmenníku tepla z PTFE pri pohľade na priečny- rez:

Vonkajší kruh predstavuje vnútornú stenu plášťa.

Vo vnútri kruhové pole malých kruhov predstavuje PTFE trubice.

Medzera medzi vonkajšími kruhmi rúrky a vnútornou stenou plášťa je medzera medzi zväzkom-k{1}}škrupine (prstencová obtoková cesta). V dobre-navrhnutom výmenníku vyčnievajú tesniace pásiky (znázornené ako malé obdĺžniky pripevnené k priehradke) do tejto medzery a takmer sa dotýkajú steny plášťa.

Prepážka je znázornená ako vodorovná čiara pretínajúca vnútro plášťa s výrezmi (okno prepážky) v hornej a dolnej časti. Kvapalina, ktorá preteká okolo okrajov usmerňovača-cez usmerňovač-k-priepustnosti plášťa-, je znázornená ako šípky prechádzajúce medzi hrotom usmerňovača a stenou plášťa.

Malé šípky medzi jednotlivými rúrkami a usmerňovačom znázorňujú únik{0}}do{1}}odrážky.

Tesniace lišty blokujú prstencový obtok. Ak chýbajú, veľké šípky označujú neobmedzený prietok cez prstencovú medzeru.

Prevencia úniku bypassu
Úniku obtoku je najlepšie zabrániť počas návrhu a počiatočnej montáže:

Špecifikujte konštrukciu TEMA triedy R alebo B – Tieto normy definujú maximálne vôle a vyžadujú tesniace pásy pre priemery plášťa nad určitú veľkosť.

Použite dvojité tesniace pásy – Dva rady tesniacich pásikov na prepážku poskytujú redundanciu.

Skontrolujte tesniace pásiky počas pretrubovania – Všetky chýbajúce alebo poškodené pásiky sa pred opätovnou montážou nahradia.

Zabráňte vodnému rázu – Ako je uvedené v súvisiacich príručkách, parné kladivo poškodzuje prepážky a uvoľňuje pripevnenia tesniacich pásikov.

Periodická vnútorná kontrola (každých 3–5 rokov) by mala zahŕňať kontrolu tesnosti tesniacich pásikov a stavu usmerňovačov. Ak je podozrenie na únik obtokom skôr, test poklesu tlaku pri známom prietoku možno porovnať so základnými údajmi.

Záver
Únik obtoku je problém s dizajnom a údržbou, ktorý ticho znižuje výkon PTFE výmenníka tepla. Primárnymi cestami sú zväzok-k-vyčisteniu plášťa (prstencový obtok) a medzipriestoru-k-škrupine. Najčastejšou príčinou sú chýbajúce alebo opotrebované tesniace pásy a poškodené usmerňovače. Vnútorná kontrola často odhalí tieto problémy. Nápravné opatrenia zahŕňajú výmenu tesniacich pásikov, opravu alebo výmenu poškodených usmerňovačov a ako dočasné opatrenie zvýšenie bočného toku-škrupiny. V prípade vážnych problémov s vôľou môžu byť potrebné fiktívne trubice alebo prepracovanie. Problém netesnosti PTFE výmenníka tepla môže znížiť prenos tepla o 10–30 %, ale väčšina prípadov je počas plánovanej odstávky plne opraviteľná. Správna výroba s primeranými tesniacimi pásikmi a pravidelná vnútorná kontrola zachováva tepelnú účinnosť a predlžuje životnosť.