Защо PTFE топлообменниците развиват изтичане на байпас и как се коригира?

Изтичането чрез байпас не е изтичане към външната среда, а вътрешен къс-рязан-флуид-отстрани на черупката, който тече около тръбния сноп, вместо през него. Този вътрешен байпас е загуба на топлопреносна повърхност и намаляване на ефективността на обменника, но не се вижда отвън. Важно е да се знаят пътищата и причините за проблеми с PTFE топлообменника с изтичане на байпас, за да се диагностицира загуба на производителност и да се планират успешни ремонти. Тази статия обсъжда често срещаните канали за изтичане, причините за изтичане и стъпките за ремонт за възстановяване на топлинната ефективност.

Изтичане на байпас: какво представлява и защо има значение?
В кожухотръбен-и-топлообменник се предполага, че флуидът от страната на кожуха- тече през тръбния сноп, насочван от прегради. Байпасно изтичане се случва, когато част от тази течност не докосне тръбите, защото тече по по-къс път с по-ниско съпротивление. Течността напуска топлообменника с малка или нулева промяна на температурата, което намалява общата скорост на пренос на топлина.

Изтичането на байпас е вредно, особено за PTFE топлообменници, които вече имат по-ниска топлопроводимост от металните модули. Байпасният поток от 20% може да намали ефективния коефициент на топлопреминаване с 25–35%, тъй като байпасният флуид не участва в топлообмена. Проблемът е вътрешен и не може да бъде открит чрез външна визуална проверка или тестване под налягане, а само чрез наблюдение на топлинните характеристики или вътрешно изследване.

Пътища за изтичане на първичен байпас на PTFE топлообменник
Течността-от страната на черупката може да заобиколи тръбния сноп по три различни начина.

1. Просвет-към-черупката (пръстеновиден байпас)
Винаги има пространство между най-външните тръби и вътрешната стена на черупката. Тази пръстеновидна междина е необходима за поставяне и премахване на тръбния сноп. Тази празнина се запълва в добре конструиран обменник с уплътнителни ленти (понякога наричани байпасни уплътнения) или фиктивни тръби, които ограничават потока. Уплътнителните ленти често са плоски стоманени пръти или PTFE-напълнени ленти, прикрепени към преградите, стърчащи навън и контактуващи със стената на корпуса.

Когато уплътнителните ленти липсват, износени са или са скъсани, течността от страната на корпуса тече лесно през пръстеновидната междина, без да навлиза в тръбния сноп. Това е основният обходен път.

2. Разстояние между преградата и черупката
Преградите не прилягат плътно в черупката. Осигурява се малко разстояние (обикновено 1–3 mm), за да се позволи сглобяването и термичното разширение. Течността може да тече по краищата на всяка преграда, особено отгоре и отдолу, където се получава срязването на преградата. Изтичането в новите топлообменници е умерено (2-5% от общия поток). Ако обаче преградите се повредят, усукат, корозират или ерозират, хлабината ще се увеличи и байпасният поток ще се увеличи значително.

Воден удар (парен чук), чужди предмети, транспортирани в течността от страната на корпуса, и корозия на метални прегради могат да причинят повреда на преградите на PTFE топлообменника (самите PTFE тръби не корозират, но металните прегради и опорните плочи могат).

3. Разстояние от тръба до преграда
Всяка преграда има дупка, през която преминава PTFE тръба. За да се позволи движението на гъвкавата PTFE тръба и да се предотврати залепването по време на термично разширение, е необходимо пространство от 0,2 до 0,5 mm. Тези малки пръстеновидни отвори могат да позволят на течността да излезе. Изтичането на тръба за преграда обикновено е незначителен фактор за байпас в повечето проекти (обикновено<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.

Причини за PTFE байпасни топлообменници
Вътрешният преглед обикновено разкрива едно или повече от следните състояния:

Износено или липсващо оголване
Уплътнителните ленти се закрепват към преградите с винтове, скоби или заваряване. Винтовете могат да се разхлабят с течение на времето, скобите могат да се повредят или самите ленти могат да корозират или да се повредят. В някои полеви-ремонтирани пакети уплътнителните ленти може да не са били повторно-монтирани след повторно-тръби. Редовно откритие е, че уплътнителните ленти присъстват само на няколко от преградите или изобщо липсват.

Повредени прегради,
Преградите могат да бъдат счупени от:

Парен чук – Повтарящите се ударни вълни могат да огънат или счупят метални прегради близо до отворите на тръбата.

Корозия - Стоманените прегради могат да изтънеят и да загубят форма при корозивна употреба (дори с PTFE тръби).

Механичен удар - Преградите могат да се огънат по време на вмъкване или премахване на пакета, ако не са правилно подравнени.

Вече не прилепва плътно към черупката, огъната преграда създава значителна хлабина. Счупена преграда може да има липсващи части, които ще позволят потока.

Голямо разстояние от корпуса от оригиналния дизайн
Някои от евтините PTFE топлообменници са конструирани с прекалено големи разстояния между сноповете-до-черупката, за да се улесни производството. Може да има празнина от 10 mm или повече. Уплътнителните ленти липсват или са твърде малки. В тези ситуации изтичането на байпас е конструктивна характеристика и не може да бъде напълно елиминирано без основно препроектиране.

Как да диагностицираме изтичане на байпас, без да отваряте топлообменника
Ако се подозира изтичане на байпас:

Скоростта на топлопредаване, изчислена от входните/изходните температури и скоростите на потока, е много по-ниска от проектната цифра, въпреки че тръбите са чисти и няма външни течове.

Спадът на налягането от страната на корпуса е по-малък от историческите показания при същия дебит. По-малък спад на налягането означава, че течността тече през канал с по-малко съпротивление (байпас).

Температурната промяна на флуида-от страната на обвивката (ΔT) не е както се очаква и изходната температура от страната-на тръбата също е извън целта.

Първо, жизненоважно е да се изключат алтернативни обяснения за лоша производителност: замърсяване, уловени не{0}}кондензиращи материали или по-ниски дебити. Ако те изчезнат, вероятно има изтичане на байпас.

Коригиращи действия за изтичане на байпас
Правилният ремонт зависи от тежестта и достъпността на тръбния сноп.

1. Смяна на уплътнителните ленти (най-често срещаната поправка)
За топлообменници с подвижни тръбни снопове, уплътнителните ленти могат да бъдат поставени или премахнати по време на планирано спиране. Процесът е:

Капакът на корпуса се отстранява и тръбният сноп се издърпва.

Преградите се проверяват. Почистете остатъците и корозията от жлебовете на съществуващата уплътнителна лента.

Нови уплътнителни ленти (често импрегнирана с PTFE тъкан, метални пружинни ленти или плътни PTFE пръти) се нарязват на необходимата дължина и се монтират в слотовете на всяка преграда. Лентите трябва да изпъкват навън, за да контактуват с вътрешната стена на корпуса с малка намеса (компресия 0,2–0,5 mm).

Лентите се държат на място чрез винтове или чрез пробиване на ръбовете на преградата (за метални ленти). Някои дизайни държат лентите чрез натиска на черупката срещу преградата.

Пакетът се преинсталира и топлообменникът се тества.

Този ремонт обикновено възстановява 90-100% от загубената ефективност, ако преградите не са повредени.

2. Ремонт или подмяна на преграда
Уплътнителните ленти сами по себе си не могат да фиксират прегради, които са огънати, счупени или корозирали. Повредените прегради трябва да бъдат фиксирани или заменени. За PTFE топлообменници преградите обикновено са направени от метал (неръждаема стомана или въглеродна стомана), който може да бъде:

Изправени -- Малките завои могат да бъдат избутани плоски в хидравлична преса.

Заварени - Пукнатините са заварени и гладко шлифовани. Внимава се да не се изкриви преградата.

Сменени – Силно повредените прегради се изрязват от снопа и нови прегради се навиват на PTFE тръбите. Това е трудоемка-операция, която често се извършва по време на пълно повторно завиване.

След ремонта на преградата се монтират нови уплътнителни ленти.

3. Корекция-на страничния поток (временно смекчаване)
За ситуации, при които не е възможно незабавно разглобяване, работните корекции могат частично да компенсират изтичането на байпас. Увеличаването на скоростта на потока-от страната на черупката повишава скоростта както през тръбния сноп, така и през байпасните междини. Тъй като спадът на налягането се увеличава с квадрата на скоростта, по-високият дебит може да подобри дела на течността, която действително преминава през тръбите. Това обаче не коригира основната причина и увеличава енергията на изпомпване. Счита се само за временна мярка.

4. Редизайн за сериозни проблеми с освобождаването
В топлообменници с присъщо голяма хлабина на корпуса (лош оригинален дизайн) може да се направи опит за преоборудване с по-дебели уплътнителни ленти или монтиране на фиктивни тръби в пръстеновидното пространство. Фиктивните тръби са къси части от PTFE тръби, които се поставят в най-външните отвори на тръбите, но са запечатани в краищата на тръбния лист, така че през тях да не тече течност. Те заемат място и блокират байпаса. Този подход изисква пробиване на допълнителни отвори в преградите и тръбните листове и обикновено се извършва от специализиран сервиз.

Описание на диаграмата на кръстосано{0}}сечение (текстово представяне)
Следното описание илюстрира байпасните пътища в типичен PTFE корпус-и-топлообменник, гледан в напречен-разрез:

Външният кръг представлява вътрешната стена на черупката.

Вътре кръгъл набор от малки кръгове представлява PTFE тръбите.

Пролуката между най-външните тръбни кръгове и вътрешната стена на черупката е хлабината-към-черупката (пръстеновиден байпасен път). В добре -проектиран обменник, уплътнителните ленти (изобразени като малки правоъгълници, прикрепени към преградата) стърчат в тази междина, почти докосвайки стената на корпуса.

Преградата е показана като хоризонтална линия, пресичаща вътрешността на корпуса, с изрези (прозорецът на преградата) в горната и долната част. Течността, която тече около ръбовете на преградата-през преградата-към-просвета на корпуса-се показва като стрелки, преминаващи между върха на преградата и стената на корпуса.

Малките стрелки между отделните тръби и преградата представляват изтичане от-към-преградата.

Уплътнителните ленти блокират пръстеновидния байпас. Когато липсват, големи стрелки показват безпрепятствен поток през пръстеновидната междина.

Предотвратяване на изтичане на байпас
Изтичането на байпас се предотвратява най-добре по време на проектирането и първоначалното сглобяване:

Посочете конструкция TEMA клас R или B – Тези стандарти определят максималните хлабини и изискват уплътнителни ленти за диаметри на корпуса над определен размер.

Използвайте двойни уплътнителни ленти – Два реда уплътнителни ленти на преграда осигуряват излишък.

Проверявайте уплътнителните ленти по време на пренасочване – всички липсващи или повредени ленти се заменят преди повторно сглобяване.

Избягвайте водния чук – Както е обсъдено в съответните ръководства, парният чук уврежда преградите и разхлабва закрепванията на уплътнителната лента.

Периодичната вътрешна проверка (на всеки 3–5 години) трябва да включва проверка на плътността на уплътнителните ленти и състоянието на преградите. Ако по-рано се подозира изтичане на байпас, тест за падане на налягането при известен дебит може да се сравни с базовите данни.

Заключение
Изтичането на байпас е проблем при проектирането и поддръжката, който безшумно влошава работата на PTFE топлообменника. Основните пътища са хлабината-към-черупката (пръстенообразен байпас) и хлабината-към-черупката. Липсващи или износени уплътнителни ленти и повредени прегради са най-честите причини. Вътрешната проверка често разкрива тези проблеми. Коригиращите действия включват подмяна на уплътнителни ленти, ремонт или подмяна на повредени прегради и, като временна мярка, увеличаване на -страничния поток на корпуса. При сериозни проблеми с хлабината може да са необходими фиктивни тръби или редизайн. Проблем с PTFE топлообменник с изтичане на байпас може да намали преноса на топлина с 10–30%, но повечето случаи са напълно коригираеми по време на планирано прекъсване. Правилното производство с подходящи уплътнителни ленти и периодична вътрешна проверка запазват топлинната ефективност и удължават експлоатационния живот.