Как PTFE топлообменник предотвратява отлагането на парафинов восък при отопление на тръбопровода за суров нефт?
Остави съобщение
Проблемът с отлагането на восък
Суровият нефт съдържа разтворени парафинови восъци-дълго-въглеводороди (C18-C60), които се утаяват, когато температурата на маслото падне под температурата на поява на парафин. Топлообменниците, използвани за нагряване на суров петрол за тръбопроводен транспорт или обработка, са изправени пред постоянни предизвикателства: повърхността на тръбата, която е по-хладна от масовото масло по време на първоначалната фаза на нагряване, осигурява място, където восъчните кристали се зараждат и растат. Восъчният депозит изолира тръбите, намалява преноса на топлина и в крайна сметка ограничава потока.
Металните повърхности на топлообменника са особено предразположени към отлагане на восък. Повърхността на метален оксид с висока- енергия осигурява изобилие от места за нуклеация. Восъчните кристали се свързват с повърхността чрез ван дер Ваалсови сили и механично свързване с грапавостта на повърхността. Восъчният слой нараства прогресивно с всеки цикъл на нагряване. Отстраняването изисква механично пробиване, третиране с химически разтворители или пълно разглобяване на топлообменника-всичко скъпо и-отнемащо време.
PTFE топлообменник издържа на отлагането на восък чрез ниско{0}}енергийната си повърхност. Флуорополимерът осигурява малко места на нуклеация и минимална адхезия. Восъчните кристали, които се образуват в насипното масло, не се свързват с повърхността. Восъкът остава суспендиран в маслото и се пренася надолу по течението, вместо да се отлага върху топлообменника.
Механизмът за нуклеация и отлагане на восък
Отлагането на парафинов восък става чрез три последователни процеса: нуклеация на кристали на студената повърхност, растеж на кристали и адхезия на нарастващи кристали, за да образуват непрекъснат слой. Всеки процес се влияе от свойствата на повърхността.
На метална повърхност нуклеацията се появява лесно. Високата повърхностна енергия (40-50 mN/m) и наличието на повърхностни дефекти-драскотини, граници на зърната, корозионни ями осигуряват места, където восъчните молекули се агрегират и образуват стабилни ядра. Ядрата растат чрез включване на допълнителни восъчни молекули от маслото. Растящите кристали се преплитат с грапавостта на повърхността, закотвяйки депозита. С течение на времето кристалите се сливат в непрекъснат восъчен слой.
При PTFE нуклеацията е потисната. Ниската повърхностна енергия (18-20 mN/m) означава, че восъчните молекули имат по-малък афинитет към повърхността, отколкото към насипното масло. Гладката повърхност (Ra 0,1-0,3 μm) не предлага места за механично блокиране. Кристалите, които образуват ядра, са слабо прикрепени и лесно се отделят от течащото масло.
| Параметър на отлагане на восък | Въглеродна стомана | Неръждаема стомана | PTFE |
|---|---|---|---|
| Повърхностна енергия (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Плътност на мястото на нуклеация на восък | високо | високо | ниско |
| Сила на адхезия на восък (относителна) | 1.0 (базова линия) | 0.8-1.0 | 0.05-0.1 |
| Скорост на отлагане на восък (относителна) | 1.0 | 0.9-1.0 | 0.1-0.2 |
| Метод на почистване | Механично изчистване, разтворител | Механичен, разтворител | Изплакване с лек разтворител |
| Влошаване на топлообмена за 6 месеца (%) | 30-50 | 25-45 | 5-10 |
Отлагането на восък е най-тежко при температури на маслото, близки до температурата на поява на восък, която обикновено е между 30 и 50 градуса за много сурови масла. През първия период на нагряване стената на тръбата е по-хладна от насипното масло и температурата на стената може да бъде в областта на отлагане на восък. Восъкът обича да се отлага върху най-студените повърхности.
Намалената топлопроводимост на PTFE създава различен температурен профил от този в метална тръба. Температурата на парата вътре е висока, но външната повърхностна температура на PTFE се понижава значително през стената на тръбата. PTFE осигурява по-хладна повърхност от металната повърхност при същото налягане на парата. Може да се предвиди, че тази по-хладна повърхност ще увеличи отлагането на восък. Но ефектът се компенсира от качествата на незалепващата повърхност. Температурата няма значение, восъкът, който докосва PTFE повърхността, не залепва.
На практика съоръженията отчитат стабилно предаване на топлина за PTFE топлообменници по време на месеци на обслужване на отопление със суров петрол, докато металните топлообменници изискват почистване на всеки 4-8 седмици.
Предимството на експлоатацията и поддръжката
Отстраняването на отлагането на восък премахва изискването за редовно механично почистване. PTFE топлообменникът работи, когато метален топлообменник ще бъде спрян за очистване или почистване с разтворител. Времето на работа на продукцията расте. Намалени разходи за персонал по поддръжката и почистващи химикали.
И накрая, няма восъчни отлагания, което означава, че коефициентът на топлопреминаване е по-стабилен. Системата за контрол на процеса не трябва да се бори с нарастващото замърсяване чрез увеличаване на налягането на парата. Потреблението на енергия е предвидимо и постоянно.
Резюме
PTFE топлообменниците постигат предотвратяване на отлагането на парафинов восък при нагряване на суров петрол, като използват ниско{0}}енергийна гладка повърхност, която предотвратява образуването на кристални ядра и адхезията. Восъкът остава в масления поток и не се натрупва върху повърхността на тръбата. Отстраняването на восъчни замърсявания премахва честото механично почистване, поддържа стабилно предаване на топлина и увеличава времето за работа на производството. Значителни спестявания на разходи за поддръжка през експлоатационния живот от 15+ години.
При получаване на информация за състава на суровия петрол, температурата на поява на восъка, работния температурен диапазон и текущата история на замърсяването, ние можем да предоставим инженерна помощ за специфициране на PTFE топлообменници в услуги, съдържащи петрол и восък.
