Problemet med dobbel korrosjon
Et kjemisk prosessanlegg driver en plate-og-rammevarmeveksler som avkjøler en varm blandet syrestrøm med kjøletårnvann. De rustfrie stålplatene korroderer på syresiden. Kjølevannssiden skalerer kraftig. Veksleren krever hyppig plateskift og rengjøring. Vedlikeholdskostnadene eskalerer. Produksjonsavbrudd formerer seg.
Anlegget vurderer å erstatte plate-og-rammeenheten med et skall-og-rørdesign. Utfordringen er at begge sider av veksleren bærer aggressive medier: rørsiden håndterer den varme blandede syren, skallsiden håndterer kjølevann som kan bære klorider og oppløste faste stoffer. En metallisk skall-og-rørveksler flytter ganske enkelt korrosjonsproblemet fra plater til rør og skall.
En fullstendig PTFE-skall-og-rørvarmeveksler eliminerer korrosjon på begge sider samtidig. Rørene, rørplaten og skallforingen er kjemisk inerte overfor begge prosessstrømmene. Overgangen fra plate-og-ramme til PTFE-skall-og-rør krever systematisk konstruksjon for å matche termisk ytelse innenfor tilgjengelig plass og tilkoblingsbegrensninger.
Oversettelsen av ytelsen
Plate-og-rammevekslere oppnår høye varmeoverføringskoeffisienter gjennom tynne plater og turbulent strømning ved relativt lave hastigheter. Den totale varmeoverføringskoeffisienten for en plateveksler av rustfritt stål i surt-vann er 2000-4000 W/m²·K.
En PTFE-skall-og-rørveksler opererer med en lavere total koeffisient -vanligvis 200-350 W/m²·K-på grunn av motstanden i fluorpolymerveggen. Å oppnå samme varmebelastning krever mer overflate. Oversettelsen fra plate-og-ramme til PTFE-skall-og-rør er en utvidelsesøvelse begrenset av tilgjengelig installasjonsplass.
Designprosessen begynner med den eksisterende varmevekslerens faktiske termiske belastning-ikke merkeskiltets vurdering, som kan inkludere sikkerhetsfaktorer. Prosessdatalogger over innløps- og utløpstemperaturer og strømningshastigheter på begge sider etablerer den sanne nødvendige plikten. PTFE-veksleren er dimensjonert for denne oppgaven ved å bruke konservative U--verdier, med hensyn til den forbedrede begroingsmotstanden sammenlignet med de tilsmussede metallplatene.
Tabell 1: Plate-og-ramme til PTFE-skall-og-røroversettelsesparametere
| Oversettelsesparameter | Plate-og-ramme (eksisterende) | PTFE-skall-og-rør (erstatning) |
|---|---|---|
| Samlet U-verdi (W/m²·K) | 2500 (rent), 1200 (typisk forurenset) | 280 (stabil, ikke-begroing) |
| Nødvendig område for samme plikt | Grunnlinje (1,0×) | 4-5× (basert på U-verdiforhold) |
| Rør-sidemateriale | Rustfritt stål (korroderende) | PTFE (inert) |
| Skall-sidemateriale | Rustfritt stål (skalering) | PTFE-foret eller solid PTFE (inert) |
| Pakningsmateriale | EPDM eller Viton (kjemisk angrep) | PTFE (universell treghet) |
| Vedlikeholdsfrekvens | Platerengjøring/skifting hver 6.-12. måned | Årlig visuell inspeksjon |
| Levetid | 2-5 år (platesvikt) | 10+ år |
| Installasjonsfotavtrykk | Kompakt | Større (kompensert ved å eliminere reserveveksler) |
Romtildelingsstrategi
PTFE-skall-og-rørveksleren krever 4-5 ganger overflatearealet til den rene plate-og-rammeenheten for samme oppgave. I et overbelastet kjemisk anlegg kan dette ekstra fotavtrykket ikke være tilgjengelig på det eksisterende stedet.
Flere strategier tar for seg plassbegrensningen. Skall-og-rørveksleren kan orienteres vertikalt ved å bruke høyde i stedet for gulvareal. Flere mindre skall parallelt oppnår det nødvendige området mens de passer innenfor tilgjengelig fotavtrykk. Veksleren kan flyttes til et område med mer plass og kobles sammen med rør.
Eliminering av reserveveksleren-unødvendig med 10+ års PTFE-levetid-frigjør betydelig gulvplass. Plate-og-rammeinstallasjoner inkluderer vanligvis en reserveenhet for rask omstilling under platefeil. PTFE-pålitelighet eliminerer dette kravet.
Tilkoblingsovergang
Den eksisterende plate-og-rammeveksleren har spesifikke dyseplasseringer og størrelser for de to væskestrømmene. Erstatningsskall-og-rørveksleren må kobles til eksisterende rør uten omfattende modifikasjoner.
PTFE-vekslerdesignet spesifiserer dyseplasseringer, størrelser og flensklassifiseringer for å matche eksisterende rør. Hvis flytting av dyse er uunngåelig, er rørmodifikasjonene utformet som en del av overgangsprosjektet. PTFE-vekslerens lavere vekt sammenlignet med en metallekvivalent forenkler krav til støtte og fundament ved de nye dyseplasseringene.
Sammendrag
Overgang fra en plate-og-ramme til et fullstendig PTFE-skall-og-rørvarmeveksler løser det doble korrosjonsproblemet når begge væskestrømmene er aggressive. Translasjonen krever 4-5 ganger overflatearealet for å kompensere for den lavere varmeledningsevnen, tilpasset gjennom orientering, parallelle skall eller flytting.
Eliminering av korrosjonsdrevet-vedlikehold, plateutskifting og reservevekslerlagring gjenvinner plass- og kostnadsstraffen over den forlengede levetiden. Både prosess- og servicesidene oppnår kjemisk inerthet gjennom PTFEs universelle korrosjonsmotstand.
Teknisk analyse for konvertering av plate-og-ramme til PTFE-skall-og-rør er tilgjengelig ved innsending av eksisterende vekslerspesifikasjoner, prosess- og servicevæskesammensetninger, driftstemperaturer og -trykk, varmebelastningsdata og tilgjengelig installasjonsplass.
