Miksi PTFE-lämmönvaihtimet kehittävät ohitusvuotoja ja kuinka se korjataan?

Ohitusvuoto ei ole vuoto ulkoiseen ympäristöön, vaan sisäinen oikosulku-leikattu-kuoren-puoleinen neste, joka virtaa putkikimpun ympärillä sen läpi. Tämä sisäinen ohitus on lämmönsiirtopinnan menetys ja vaihtimen tehon heikkeneminen, mutta se ei ole näkyvissä ulkopuolelta. On tärkeää tietää PTFE-lämmönvaihtimen ohitusvuotojen reitit ja syyt, jotta voidaan diagnosoida suorituskyvyn heikkeneminen ja suunnitella onnistuneita korjauksia. Tässä artikkelissa käsitellään yleisiä vuotokanavia, vuotojen syitä ja korjausvaiheita lämpösuorituskyvyn palauttamiseksi.

Ohitusvuoto: mitä se on ja miksi sillä on merkitystä?
Vaippa{0}}ja-putkilämmönvaihtimessa kuoren-puoleisen nesteen oletetaan virtaavan putkinipun poikki ohjauslevyjen ohjaamana. Ohitusvuoto tapahtuu, kun osa nesteestä ei kosketa putkia, koska se virtaa alas lyhyempää, pienempää vastusta. Neste poistuu vaihtimesta pienellä tai nollalla lämpötilan muutoksella, mikä laskee kokonaislämmönsiirtonopeutta.

Ohitusvuoto on haitallista, erityisesti PTFE-lämmönvaihtimissa, joiden lämmönjohtavuus on jo alhaisempi kuin metalliyksiköissä. 20 % ohitusvirtaus voi pienentää tehollista lämmönsiirtokerrointa 25–35 %, koska ohitettu neste ei osallistu lämmönvaihtoon. Ongelma on sisäinen, eikä sitä voida löytää ulkoisella silmämääräisellä tarkastuksella tai painetestauksella, vaan ainoastaan ​​lämpötehovalvonnalla tai sisäisellä tarkastuksella.

PTFE-lämmönvaihtimen ensisijaiset ohitusvuotoreitit
Kuoren{0}}puolen neste voi ohittaa putkinipun kolmella eri tavalla.

1. Bundle-to-shell space (rengasmainen ohitus)
Uloimpien putkien ja vaipan sisäseinän välissä on aina tilaa. Tämä rengasmainen rako tarvitaan putkinipun asettamiseen ja poistamiseen. Tämä rako täytetään hyvin rakennetussa vaihtimessa tiivisteliuskoilla (joskus kutsutaan ohitustiivisteiksi) tai tyhjillä putkilla, jotka rajoittavat virtausta. Tiivistysnauhat ovat usein litteitä terästankoja tai PTFE{3}}täytteisiä nauhoja, jotka on kiinnitetty ohjauslevyihin, ulkonevat ulospäin ja koskettavat vaipan seinämää.

Kun tiivistenauhat puuttuvat, ovat kuluneet tai repeytyneet, vaipan puoleinen neste virtaa helposti rengasmaisen raon läpi ilman, että se pääsee putkikimpuun. Tämä on suurin ohitustie.

2. Ohjauslevy vaipan välys
Ohjauslevyt eivät istu tiukasti kuoreen. Pieni välys (yleensä 1–3 mm) asennuksen ja lämpölaajenemisen mahdollistamiseksi. Nestettä voi valua jokaisen ohjauslevyn reunojen yli, erityisesti ylä- ja alaosaan, jossa ohjauslevyn leikkaus tapahtuu. Uusien vaihtimien vuoto on vaatimaton (2-5 % kokonaisvirtauksesta). Jos ohjauslevyt kuitenkin vaurioituvat, vääntyvät, syöpyvät tai syöpyvät, välys kasvaa ja ohitusvirtaus kasvaa huomattavasti.

Vesivasara (höyryvasara), vaipan puoleisessa nesteessä kulkeutuvat vieraat esineet ja metallisten ohjauslevyosien korroosio voivat vahingoittaa PTFE-lämmönvaihtimen ohjauslevyjä (PTFE-putket eivät itse ruostu, mutta metalliset välilevyt ja tukilevyt voivat).

3. Putken ja ohjauslevyn välinen etäisyys
Jokaisessa välilevyssä on reikä, jonka läpi PTFE-putki virtaa. Joustavan PTFE-putken liikkumisen mahdollistamiseksi ja sitoutumisen estämiseksi lämpölaajenemisen aikana tarvitaan 0,2 - 0,5 mm tilaa. Nämä pienet rengasmaiset reiät voivat päästää nestettä ulos. Putken ja ohjauslevyn vuoto on yleensä pieni tekijä ohituksessa useimmissa malleissa (yleensä<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.

PTFE-ohitusvuotojen syyt
Sisäinen tarkastus paljastaa yleensä yhden tai useamman seuraavista ehdoista:

Kulunut tai kadonnut sääkuviointi
Tiivistenauhat kiinnitetään ohjauslevyihin ruuveilla, pidikkeillä tai hitsauksella. Ruuvit voivat löystyä ajan myötä, pidikkeet voivat rikkoutua tai itse nauhat voivat syöpyä tai huonontua. Tietyissä kenttä-korjatuissa nipuissa tiivistysliuskoja ei ehkä ole-asennettu uudelleen-letkun jälkeen. On säännöllinen havainto, että tiivisteliuskoja on vain muutamassa ohjauslevyssä tai ne puuttuvat kokonaan.

Vaurioituneet välilevyt,
Hämmennykset voidaan rikkoa seuraavasti:

Höyryvasara – Toistuvat iskuaallot voivat taivuttaa tai rikkoa metallilevyjä lähellä putken aukkoja.

Korroosio - Teräslevyt voivat ohentua ja menettää muotonsa syövyttävässä käytössä (jopa PTFE-letkujen kanssa).

Mekaaninen isku - Ohjauslevyt voivat taipua nipun asettamisen tai poistamisen aikana, jos niitä ei ole kohdistettu oikein.

Ei enää istu tiukasti kuorta vasten, taivutettu välilevy luo huomattavan välyksen. Rikkoutuneesta välilevystä saattaa puuttua osia, jotka mahdollistavat virtauksen.

Suuri kuoren välys alkuperäisestä suunnittelusta
Joissakin edullisissa-PTFE-lämmönvaihtimissa on liian suuria välyksiä nipusta-kuoreen valmistuksen helpottamiseksi. Rako voi olla 10 mm tai enemmän. Tiivistenauhat puuttuvat tai ovat liian pieniä. Näissä tilanteissa ohitusvuoto on suunnitteluominaisuus, eikä sitä voida täysin poistaa ilman suurta suunnittelua.

Kuinka diagnosoida ohitusvuoto avaamatta vaihdinta
Jos epäillään ohitusvuotoa:

Tulo-/poistolämpötiloista ja virtausnopeuksista laskettu lämmönsiirtonopeus on paljon pienempi kuin mitoitusarvo, vaikka putket ovat puhtaita ja ulkoisia vuotoja ei ole.

Kuoren puolen painehäviö on pienempi kuin historialliset lukemat samalla virtausnopeudella. Pienempi painehäviö tarkoittaa, että neste virtaa pienemmän vastuksen kanavan läpi (ohitus).

Kuoren{0}}puolen nesteen (ΔT) lämpötilan muutos ei ole odotetusti, ja putken-puolen ulostulolämpötila on myös tavoitteen ulkopuolella.

Ensinnäkin on tärkeää sulkea pois vaihtoehtoiset syyt huonolle suorituskyvylle: likaantuminen, ei--kondensoituneet aineet tai alhaisemmat virtausnopeudet. Jos ne katoavat, kyseessä on todennäköisesti ohitusvuoto.

Ohita vuodon korjaavat toimet
Oikea korjaus riippuu putkinipun vakavuudesta ja saavutettavuudesta.

1. Tiivistysliuskojen vaihto (yleisin korjaus)
Vaihtimissa, joissa on irrotettavat putkiniput, tiivistenauhat voidaan asentaa tai poistaa suunnitellun sammutuksen aikana. Prosessi on:

Kuoren kansi poistetaan ja putkinippu vedetään ulos.

Välilevyt tarkastetaan. Puhdista roskat ja korroosio olemassa olevan tiivistenauhan urista.

Uudet tiivistenauhat (usein PTFE-kyllästetyt kankaat, metallijousinauhat tai kiinteät PTFE-tangot) leikataan halutun pituisiksi ja sovitetaan kunkin välilevyn koloihin. Liuskojen tulee työntyä ulos koskettamaan vaipan sisäseinää pienellä häiriösovituksella (0,2–0,5 mm puristus).

Nauhat pidetään paikoillaan ruuveilla tai nauhoittamalla välilevyn reunoja (metalliliuskoja varten). Jotkut mallit pitävät nauhat kuoren paineella ohjauslevyä vasten.

Kimppu asennetaan takaisin ja vaihdin testataan.

Tämä korjaus palauttaa normaalisti 90-100 % menetetystä suorituskyvystä, jos ohjauslevyt eivät ole vaurioituneet.

2. Ohjauslevyn korjaus tai vaihto
Tiivistenauhat eivät yksin pysty korjaamaan vääntyneitä, murtuneita tai syöpyneitä ohjauslevyjä. Vaurioituneet välilevyt tulee korjata tai vaihtaa. PTFE-lämmönvaihtimissa ohjauslevyt on yleensä valmistettu metallista (ruostumaton teräs tai hiiliteräs), jotka voivat olla:

Oikaisu -- Pienet mutkat voidaan työntää tasaiseksi hydraulipuristimessa.

Hitsattu - Halkeamat hitsataan ja hiotaan tasaiseksi. Varo vääntymästä välilevyä.

Vaihdettu – Pahoin vaurioituneet ohjauslevyt leikataan nipusta ja uudet välilevyt kierretään PTFE-putkiin. Tämä on työvaltainen-operaatio, joka suoritetaan usein täydellisen uudelleenletkun aikana.

Ohjauslevyn korjauksen jälkeen asennetaan uudet tiivistenauhat.

3. Shell-Sivuvirtauksen säätö (väliaikainen lievennys)
Tilanteissa, joissa välitön purkaminen ei ole mahdollista, käyttösäädöt voivat osittain kompensoida ohitusvuotoja. Kuoren-puolen virtausnopeuden lisääminen lisää nopeutta sekä putkikimpun että ohitusrakojen läpi. Koska painehäviö kasvaa nopeuden neliön myötä, suurempi virtausnopeus voi parantaa putkien yli kulkevan nesteen osuutta. Tämä ei kuitenkaan korjaa perimmäistä syytä ja lisää pumppausenergiaa. Sitä pidetään vain väliaikaisena toimenpiteenä.

4. Suunnittele uudelleen vakavia tyhjennysongelmia varten
Vaihtimissa, joissa on luonnostaan ​​ylimitoitettu vaippavälys (huono alkuperäinen malli), voidaan yrittää asentaa jälkikäteen paksummat tiivistenauhat tai asentaa tyhjiä putkia rengasmaiseen tilaan. Valeputket ovat lyhyitä PTFE-putkia, jotka asetetaan uloimpiin putken reikiin, mutta jotka on tiivistetty putkilevyn päistä niin, että neste ei virtaa niiden läpi. Ne vievät tilaa ja estävät ohituksen. Tämä lähestymistapa edellyttää lisäreikien poraamista ohjauslevyihin ja putkilevyihin, ja sen tekee yleensä erikoistunut korjaamo.

Poikki-poikkileikkauskaavion kuvaus (tekstiesitys)
Seuraava kuvaus havainnollistaa ohitusreitit tyypillisessä PTFE-kuorella-ja-putkilämmönvaihtimessa poikkileikkauksena:

Ulompi ympyrä edustaa kuoren sisäseinää.

Sisällä pyöreä pienten ympyröiden ryhmä edustaa PTFE-putkia.

Uloimpien putken ympyröiden ja vaipan sisäseinän välinen rako on nipun-ja-välys (rengasmainen ohitusreitti). Hyvin -suunnitellussa vaihtimessa tiivistenauhat (kuvattu pieninä suorakulmioina, jotka on kiinnitetty ohjauslevyyn) työntyvät tähän rakoon, melkein koskettaen vaipan seinämää.

Ohjauslevy on esitetty vaakasuorana viivana, joka ylittää kuoren sisäosan, ja sen ylä- ja alaosassa on leikkaukset (välilevy). Neste, joka virtaa ohjauslevyn reunojen ympärillä-välilevyn läpi--kuoren väliin-, näkyy nuolina, jotka kulkevat ohjauslevyn kärjen ja vaipan seinämän välissä.

Pienet nuolet yksittäisten putkien ja välilevyn välissä tarkoittavat putken -to-vuotoa.

Tiivistyslistat tukkivat rengasmaisen ohituksen. Jos puuttuu, suuret nuolet osoittavat esteetöntä virtausta rengasmaisen raon läpi.

Ohitusvuotojen estäminen
Ohitusvuoto voidaan parhaiten estää suunnittelun ja alkuasennuksen aikana:

Määritä TEMA-luokan R tai B rakenne – Nämä standardit määrittelevät suurimmat välykset ja edellyttävät tiivistysliuskoja tietyn koon ylittäville vaipan halkaisijoille.

Käytä kaksoistiivisteliuskoja – Kaksi riviä tiivisteliuskoja per ohjauslevy takaavat redundanssin.

Tarkasta tiivistenauhat uudelleenletkun aikana – Puuttuvat tai vaurioituneet nauhat korvataan ennen uudelleen kokoamista.

Vältä vesivasaraa – Kuten vastaavissa oppaissa kerrotaan, höyryvasara vaurioittaa välilevyjä ja löysää tiivistenauhan kiinnityksiä.

Säännölliseen sisäiseen tarkastukseen (3–5 vuoden välein) tulee sisältyä tiivistysliuskojen tiiviys ja ohjauslevyjen kunto. Jos ohitusvuotoa epäillään aikaisemmin, painehäviötestiä tunnetulla virtausnopeudella voidaan verrata perustietoihin.

Johtopäätös
Ohitusvuoto on suunnittelu- ja huoltoongelma, joka heikentää PTFE-lämmönvaihtimen suorituskykyä äänettömästi. Ensisijaiset reitit ovat nippu-kuoren välys-(rengasmainen ohitus) ja välilevy-kuori-. Puuttuvat tai kuluneet tiivistenauhat ja vaurioituneet välilevyt ovat yleisimpiä syitä. Sisäinen tarkastus paljastaa usein nämä ongelmat. Korjaaviin toimenpiteisiin kuuluvat tiivistysliuskojen vaihtaminen, vaurioituneiden välilevyjen korjaaminen tai vaihtaminen sekä tilapäisenä toimenpiteenä kuoren sivuvirtauksen lisääminen. Vakavissa välysongelmissa voidaan tarvita valeputkia tai uudelleensuunnittelua. Ohitusvuoto PTFE-lämmönvaihtimen ongelma voi vähentää lämmönsiirtoa 10–30 %, mutta useimmat tapaukset ovat täysin korjattavissa suunnitellun seisokin aikana. Asianmukainen valmistus riittävillä tiivisteliuskoilla ja säännöllisellä sisäisellä tarkastuksella säilyttää lämpötehokkuuden ja pidentää käyttöikää.