Mitkä ovat läpäisemättömien grafiittilämmönvaihtimien yleiset vikatilat kemianpalveluissa?

On olemassa useita erillisiä mekanismeja, jotka ovat usein grafiittilämmönvaihtimen vikojen perimmäinen syy. Kuljettajat ymmärtävät, että ne pidentävät käyttöikää ja välttävät suunnittelemattomia seisokkeja. Grafiitti, läpäisemätön grafiitti, on vahva aine syövyttävään käyttöön, mutta ei immuuni vaurioille. Läpäisemätön grafiitti on usein grafiittia, joka on kyllästetty PTFE:llä, fenolihartsilla tai hiilellä. Grafiittilämmönvaihtimien yleisimmät vikatilat ovat hartsin hajoaminen, lämpöshokkihalkeilu ja eroosio. Jokaisella tyypillä on erilaiset oireet, syyt ja ehkäisy.

Hartsin hajoaminen: Läpäisemättömyyden hiljainen menetys
Kyllästyshartsi täyttää huokoisen grafiittisubstraatin reiät ja varmistaa läpäisemättömän grafiitin tiiviyden. Hartsin (usein fenolista, joskus PTFE:tä tai furaania) on säilytettävä rakenteellinen eheytensä ja kiinnittymisensä grafiittiin käyttöikänsä ajan. Hartsin heikkeneminen tapahtuu, kun käyttöolosuhteet ylittävät hartsin termiset tai kemialliset rajat.

Lämmön hajoaminen
Fenolihartsi alkaa hajota yli 200 C:n lämpötiloissa (riippuu tarkasta koostumuksesta). Hajoamisprosessi tuottaa haihtuvia sivutuotteita ja aiheuttaa hartsin kutistumista, hiiltymistä tai pehmenemistä. Kun liima on väistynyt huokosverkostosta, grafiitti muuttuu jälleen huokoiseksi, mikä mahdollistaa syövyttävien nesteiden imeytymisen. Tämä tarkoittaa kuori-ja-putkessa tai lohkovaihtimessa:

Ristikontaminaatio kuoren ja putken puoli.

Vuoto tiivistetyissä liitoksissa hartsin häviämisen vuoksi, mikä tuhoaa tiivisteen.

Lämmönsiirtotehokkuuden hidas heikkeneminen pilaantuneiden hartsituotteiden likaantumisen tai kerrostumisen vuoksi.

Kemiallinen sodankäynti
Jotkut aineet vahingoittavat kyllästyshartsia, vaikka itse grafiittisubstraatti ei vaikutakaan. Fenolihartsi hydrolysoituu nopeasti voimakkailla emäksillä (natriumhydroksidi, kaliumhydroksidi) korkeissa lämpötiloissa. Hartsia hajottavat tai liuottavat myös väkevä typpihappo, tiettyjä lämpötiloja korkeampi rikkihappo ja orgaaniset liuottimet (asetoni, metyylietyyliketoni). Kemiallisissa yhteensopivuusluetteloissa grafiitti luokitellaan yleensä grafiittisubstraatin ja hartsin yhdistelmän mukaan. Vika voidaan laukaista ylittämällä jommankumman komponentin enimmäisarvo.

Hartsin kulumisen merkkejä ovat:

Näkyvää itkua tai vuotoa grafiittilohkon -tiivistetyistä osista.

Lisää painehäviötä ilman likaantumista (sisäisen huokoisuuden muutoksen aiheuttama).

Paljastuneen hartsin värjäytyminen tai pehmeneminen putken päissä tai laipoissa

Ennaltaehkäisy: Pidä aina valmistajan tälle hartsityypille asettamien ylempien lämpötila- ja kemiallisten rajoitusten alapuolella. Määritä PTFE-kyllästetty grafiitti tai hiili-kyllästetty (hartsi-vapaa) laatu, jos mahdollista syövyttävien tai hapettavien happojen huoltoon.

Lämpöshokkihalkeilu: nopeat lämpötilan muutokset
Grafiitilla on verrattain alhainen sietokyky lämpöiskuja vastaan ​​metalleihin verrattuna. Kun tapahtuu suuri ja äkillinen lämpötilan muutos, kuten kylmän nesteen syöttäminen kuumaan vaihtimeen, grafiittimateriaalin ulko- tai sisäpinnat laajenevat tai supistuvat eri tavalla. Materiaalilla on alhainen vetolujuus, pienempi kuin kehittynyt lämpöjännitys, mikä johtaa halkeamien lisääntymiseen.

Tyypilliset lämpöshokkikotelot
Nopea käynnistys-: kylmää vettä tai happoa kierrätetään juuri tyhjennetyn, mutta edelleen kuuman käytön aikana olevan lohkovaihtimen läpi.

Höyry tai kuuma lauhde: nopea korkean lämpötilan höyryn syöksy viileään vaihtimeen.

Prosessi häiriintynyt: Jäähdytysvirtauksen menetys, kun lämmitysväliaine on edelleen päällä, mitä seuraa kylmän nesteen hätäsyöttö.

Puhdistus pian sen jälkeen, kun kuuma prosessineste on tyhjennetty kylmällä vedellä.

Lämpöshokkihalkeamat ovat yleensä putken reikien poikki tai lohkojen erotuslinjoja pitkin. Halkeamia voi syntyä putken---putkien liitoksiin tai putken seiniin kuori-ja-putkenvaihtimissa. Halkeamat mahdollistavat suorat ohitusreitit vaipan ja putken sivujen välillä tai vierekkäisten putken reikien välillä.

Oireet:

Käyttönesteiden vuodon äkillinen nousu.

Painetesti osoittaa nopean painehäviön.

Näkyviä halkeamia tarkastuksen aikana (väriaineen läpäisytestejä suositellaan).

Ennaltaehkäisy:

Käytä asianmukaisia ​​lämpötilanmuutosnopeuksia (yleensä alle tai yhtä suuri kuin 5-10 astetta/minuutti, riippuen vaihtimen tyypistä).

ÄLÄ KOSKAAN lisää kylmää nestettä kuumaan valutettuun vaihtimeen. Pidä lämmönvaihdin kostutettuna lämpimällä nesteellä jäähtymisen aikana.

• Käytä lämpötilalukituksia tai peräkkäistä ohjausventtiilin toimintaa käynnistyksessä{0}}ja sammutuksessa.

Vikatilan oireet Mahdolliset syyt
Resin degradation Leaking through block walls; resin softened at tube ends; rise in pressure decrease without foulingTemperature >200 astetta, vahvat emäkset, typpihappo tai orgaaniset liuottimet, pitkä käyttö kemiallisten rajoitusten ulkopuolella
Damage from thermal shockSudden cross-leakage between services Cracks apparent with dye penetrant Failure coincident with rapid temperature shiftCold fluid entering hot exchanger; fast heating/cooling (>5-10 astetta /min); tyhjennetty lämmönvaihdin lämpötilanvaihteella
Erosion Tube thinning, particularly at tube inlets, baffle edges, or elbows; particle solids in process fluid; localised perforationHigh velocity fluid (>2-3 m/s ehdotettu raja) Suspendoituneet kiteiset kiinteät aineet, hienojakoiset katalysaattorit tai hilseily Turbulenttiset vyöhykkeet lähellä ohjauslevyjä
Eroosio: Mekaaninen kuluminen nesteen nopeuden ja kiinteiden aineiden vaikutuksesta
Grafiitti on melko pehmeä, hauras aine. Se kestää useimpia kemiallisia hyökkäyksiä, mutta sen pinta on alttiina nopean nesteen aiheuttamalle eroosiolle, erityisesti kun virrat kuljettavat suspendoituneita hiukkasia. Eroosio eliminoi tasaisesti grafiittimateriaalia, ohenevia putkien seinämiä, välilevyjä tai lohkokanavia rei'itymiskohtaan tai rakenteelliseen vaurioitumiseen asti.

Suuri{0}}nopeuseroosio
Myös puhtaat nesteet liian suurilla lineaarisilla nopeuksilla voivat aiheuttaa grafiitin eroosion ajan myötä. Grafiittiputkien suurin suositeltu nopeus on tyypillisesti 2–3 m/s (riippuen vaihtimen mallista ja valmistajasta). Tämän alueen yläpuolella nesteen leikkausvoimat kuluttavat hitaasti putken sisähalkaisijaa. Aggressiivisin eroosio on putken sisääntuloissa (joissa nopeusprofiilit kehittyvät) ja alueilla välittömästi välilevyjen jälkeen (joissa turbulenssi on vakavaa).

Hiukkasten aiheuttama eroosio
Erityisen hankalia ovat lietelanteet, kuten fosforihappo kipsillä tai piidioksidilla tai peittaushappo rautahiukkasilla. Suspendoituneet kiinteät aineet ovat hankaavia ja lisäävät materiaalin poistumisnopeutta. Eroosionopeus kasvaa karkeasti nopeuden neliönä ja lineaarisesti kiintoainepitoisuuden ja hiukkasten kovuuden kanssa. Vaikeissa tapauksissa putken seinämät voivat puhkaista kuukausia.

Kyltit:-

Lisääntynyt vuotonopeus ilman lämpöshokkia tai hartsin hajoamista.

Imuaukon lähellä putken pinnat näyttävät olevan kiillotettu ohuiksi.

Ultraäänitestaus vaihtelevalle seinämäpaksuudelle.

Reiät, jotka näyttävät selkeiltä syöpyneiltä reikiltä (ei rosoisia halkeamia).

Ennaltaehkäisy:

Suunniteltu nesteille, joiden nopeus on alle 2 m/s (ja pienempi, jos läsnä on kiinteitä aineita).

• Asenna tulovirtauksen jakajat tai -eroosiota estävät holkit putkien sisääntuloon.

Suurenna putkia tai lisää putkia rinnakkain. Tämä vähentää nopeutta putkea kohti.

Karkeiden materiaalien suodatus tai laskeutus virtausta vastaan.

Eroosion synergiset vaikutukset{0}}Korroosio
Joissakin palveluissa eroosio ja korroosio toimivat yhdessä. Neste on lievästi syövyttävää grafiittihartsisideaineelle. Suojattu pintakerros poistetaan jatkuvasti eroosion avulla paljastaen tuoretta materiaalia. Tällainen eroosio-korroosiomekanismi voi johtaa epäonnistumiseen nopeudella, joka ylittää selvästi yksittäisten nopeusen summan. Esimerkiksi suolahappoa, jossa on kuljetettuja rautaoksidihiukkasia, tai rikkihappoa, jossa on hienojakoista hiiltä.

Tarkastuksia ja valvontaa koskevat suositukset
Säännölliseen tarkastukseen tulee sisällyttää seuraavat asiat, jotta voidaan havaita vikatilat ennen katastrofaalista vuotoa:

Putken päiden, tiivistepintojen ja lohkojen ulkopintojen silmämääräinen tarkastus rutiinihuollon aikana.

Grafiitin pintavärin tunkeutumistesti hiushalkeamien osoittamiseksi (lämpöshokkivauriot).

Ultraäänipaksuuden mittaus tärkeiltä eroosioalttiilta alueilta (putken tuloaukot ja välilevyvyöhykkeet).

Vaipan ja putken sivujen paineen vaimenemistesti läpäisy- tai seinävaurioiden varalta.

Prosessin valvonta odottamattomien poistolämpötilojen tai paineen alenemisen varalta.

Johtopäätös
Yleisimmät grafiittilämmönvaihtimen vikatilat sisältävät hartsin kulumisen, lämpöshokkihalkeilun ja eroosion. Nämä voidaan välttää noudattamalla tiukasti käyttörajoituksia ja hellävaraisia ​​käynnistys--käynnistys-/sammutustoimia{2}}. Grafiitti on voimakas materiaali syövyttävien happojen käyttöön, mutta vaatii kurinalaista toimintaa maksimaalisen käyttöiän saavuttamiseksi (yleensä 10-20 vuotta tai enemmän). Käyttäjien tulee noudattaa lämpötila- ja nopeusrajoituksia, estää nopeat lämpötransientit ja tarkkailla hiukkasten eroosion merkkejä. Kun vika ilmenee, täydellinen perussyytutkimus, mukaan lukien hartsin kunnon testaus, murtumiskuvion arviointi ja seinämän paksuuskartoitus, mahdollistaa korjaavien toimenpiteiden toteuttamisen. Oikein käytettynä läpäisemättömät grafiittilämmönvaihtimet tarjoavat edelleen luotettavaa ja taloudellista palvelua vaikeimmissa kemiallisissa prosesseissa.