Po čemu se PTFE izmjenjivači topline u bajonet- stilu razlikuju od konvencionalnih dizajna fiksnih cijevnih ploča?

Većina cijevnih izmjenjivača ima cijevi pričvršćene na oba kraja. Bajunetni izmjenjivač ovo okreće naopako: cijevi su fiksirane samo na jednom kraju, drugi kraj može slobodno kliziti unutar zatvorenog vanjskog omotača. Ovaj jednostavan dizajn prevladava dva -dugotrajna problema, toplinski stres i pristup održavanju. Bajunetni raspored primamljiva je alternativa za zahtjevnu završnu obradu površina i primjene kemijskih procesa koji uključuju PTFE izmjenjivače topline gdje visoki koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) materijala čini problematičnim rješenja fiksnih cijevnih ploča.

Konstrukcija bajoneta (objašnjeno)
Naziv bajunetnog PTFE izmjenjivača topline proizlazi iz izgleda bajunetne-žarulje ili cijevne spojnice, u kojoj je jedan dio umetnut u drugi i pričvršćen u jednoj točki. Bajonetna cijev sastoji se od dvije koncentrične cijevi, unutarnje i vanjske cijevi, zabrtvljene na udaljenom kraju u terminologiji izmjenjivača topline. Sklop se postavlja unutar ljuske (ili ravno u spremnik) i učvršćuje se samo na ulazno/izlaznom kraju-obično na cijevni list ili prirubnicu. Drugi kraj šipke može se termički širiti i skupljati.

S konfiguracijom bajuneta, ruta tekućine obično je strukturirana kao:

Servisna tekućina (para, vruća voda ili rashladno sredstvo) dovodi se kroz unutarnju cijev i teče do zabrtvljenog kraja.

Tekućina se okreće na zatvorenom kraju i teče natrag u prstenasto područje između unutarnje i vanjske cijevi.

Toplina se isporučuje procesnoj tekućini na strani školjke (ili strani spremnika) kroz vanjsku stijenku cijevi.

Tekućina zatim izlazi kroz prstenasti prostor, na isti kraj u koji je i ušla.

Kanal protoka "u-i-out" označava da su i usisni i odvodni priključci na istom kraju izmjenjivača. Slobodni kraj bajunetne cijevi je slobodan osim na brtvi i može se slobodno pomicati aksijalno.

Glavne razlike u odnosu na tradicionalne fiksne dizajne cijevnih ploča
U tradicionalnom PTFE izmjenjivaču topline s fiksnom cijevnom pločom, cijevi su fiksirane na oba kraja, s jednom cijevnom pločom na ulaznom kraju, a drugom na izlaznom kraju. Cijevni snop sastavni je dio oklopa, a bočne mlaznice-oklopa zavarene su na oplatu. Mehaničko ponašanje i jednostavnost održavanja prilično su različiti.

Akomodacija toplinske deformacije
Osim toga, ekspanzija PTFE-a je 10 do 20 puta veća nego kod čelika (120 do 150 × 10−6 / stupanj u odnosu na 11 × 10−6 / stupanj ). U fiksnom dizajnu cijevne ploče, PTFE cijev duljine 2 m zagrijana od 20 stupnjeva do 100 stupnjeva širi se oko 12-15 mm. Oba kraja su fiksirana, stoga ovo širenje proizvodi sile pritiska koje mogu saviti PTFE cijev ili oštetiti spojeve cijevnih ploča. Kako bi se to izbjeglo, PTFE izmjenjivač s fiksnom cijevnom pločom morat će:

Plutajuća glava (omogućuje pomicanje jedne cijevne ploče), ili

Dilatacijski spoj u ljusci; alternativno,

Vrlo kratke duljine cijevi (ograničava kapacitet izmjenjivača)

Svaka od ovih opcija povećava troškove, složenost i moguća mjesta curenja.

S druge strane, PTFE izmjenjivač topline bajunetnog tipa je suštinski tolerantan na toplinsko širenje. Slobodni kraj bajunetne cijevi klizi aksijalno u ljusci ili vanjskom omotaču dok se PTFE širi i skuplja. Potreba za dilatacijskim spojem, pokretnom glavom ili jedinstvenim podudaranjem materijala je eliminirana. Bajunetni oblik posebno je atraktivan za primjene koje uključuju velike promjene temperature ili česte toplinske cikluse.

Pristup održavanju i mogućnost uklanjanja paketa
Bajunetni dizajn ima veliku mehaničku prednost u tome što se cijeli snop cijevi može ukloniti iz izmjenjivača bez prekidanja cjevovoda-na strani omotača. Snop se stavlja u ljusku na jednom kraju i drži ga na mjestu pomoću jedne prirubnice ili cijevne ploče. Za uklanjanje svežnja radi čišćenja, pregleda ili zamjene:

Ulazno/izlazna cijev na strani cijevi je odvojena.

Uklonite vijke prirubnice snopa.

Snop se izvlači iz ljuske u aksijalnom smjeru.

Kućište je na mjestu i svi-cijevovodi na strani ljuske (uključujući mlaznice, brtve i priključke) su netaknuti.

U fiksnoj konstrukciji cijevne ploče, uklanjanje snopa cijevi je mnogo kompliciranije. Oba kraja školjke moraju se otvoriti i možda će biti potrebno odvojiti bočne mlaznice školjke ili ukloniti cijeli izmjenjivač iz voda. Ovo bi mogao biti velik projekt za velike izmjenjivače na lokacijama s prometnim procesima.

Za usluge gdje je potrebno redovito čišćenje (na primjer, kade-sklone zaprljanju za završnu obradu površina), jednostavnost uklanjanja snopa u bajunet izmjenjivaču odlučujuća je prednost. Svežanj bajuneta treba samo nekoliko sati da se izvuče, očisti i vrati natrag; fiksni paket cijevnih ploča može značiti cijeli dan ili više zastoja.

Toplinski problemi s izvedbom
Bajunetni dizajn ima kompromis toplinskih-izvedba. Prstenasti put protoka (tekućina koja teče u unutarnjoj cijevi i natrag kroz prsten) daje efekt dvo-cijevi. Postoje dva razloga zašto je ukupni koeficijent prijenosa topline nešto niži od usporedive konstrukcije protustrujnih fiksnih cijevnih ploča:

Smanjena efektivna temperaturna razlika - Uzorak toka nije čisti protutok, već mješavina protutoka i paralelnog toka, što smanjuje logaritamsku srednju temperaturnu razliku (LMTD).

Manja brzina na strani prstena - Za istu ukupnu brzinu protoka prstenasti otvor može imati manju brzinu od pojedinačne cijevi i to utječe na koeficijent filma.

Međutim, ovo smanjenje je često malo (10-20%) i često se suprotstavlja mogućnosti korištenja duljih cijevi (budući da toplinska ekspanzija nije ograničavajući faktor) i rada pri većim brzinama na strani ljuske. U mnogim primjenama završne obrade površina, prednosti upotrebljivosti uvelike nadmašuju mali nedostatak učinkovitosti.

Materijali i konstrukcija
Bajunetni izmjenjivači popularni su za konstrukcije od grafita i PTFE-a jer su krti ili puze pod opterećenjem, a ti materijali imaju značajno toplinsko širenje. Bajunet dizajn radi s kvalitetama materijala, a ne protiv njih.

U PTFE bajonetnim izmjenjivačima, unutarnja i vanjska cijev obično se proizvode od PTFE ili PFA (perfluoroalkoksi). Zabrtvljeni kraj izrađen je zavarivanjem ili toplinskim stapanjem dvije cijevi. Slobodni kraj je otvoren, a unutarnja cijev prolazi kroz cijev ili čauru. Vanjska cijev je zabrtvljena na cijevnu ploču PTFE brtvom ili O-prstenom koji omogućuje aksijalno klizanje i sprječava curenje.

Treba napomenuti da se slobodni kraj bajunetne cijevi mora držati kako bi se izbjegle vibracije. U dugim bajunetnim cijevima (npr. . 3-5 m) srednji potporni prstenovi ili pregrade koriste se unutar ljuske za vođenje vanjske cijevi bez sprječavanja aksijalnog pomicanja. Bez ove potpore, vibracije izazvane-protokom mogu uzrokovati trošenje i prijevremeni kvar.

Tablica usporedbe: Bajonet u odnosu na fiksnu cijevnu ploču PTFE izmjenjivač Značajka bajonet stil PTFE izmjenjivača Fiksna cijevna ploha PTFE izmjenjivač cijevi UčvršćenjeJedan kraj fiksan, drugi kraj slobodan za pomicanje Oba kraja pričvršćena na cijevne ploče
Prilagodba toplinske ekspanzije inherentna – klizači sa slobodnim krajevima; nije potreban ekspanzioni spoj Zahtijeva plivajuću glavu, ekspanzioni spoj ili iznimno kratke cijevi
Mogućnost uklanjanja snopa Lako povlačenje snopa s jednog kraja bez ometanja cjevovoda Teško potrebno rastavljanje oba kraja Često uključuje uklanjanje izmjenjivača s linije
Mlaznice u ShellCanu ostaju pričvršćene tijekom uklanjanja snopa Izmjenjivač se mora odvojiti ili premjestiti
Priključci na strani cijevi Ulaz i izlaz na istom kraju Ulaz i izlaz na suprotnim krajevima (općenito)
Put protoka unutra i van kroz koncentrične cijevi (učinak dvo-cijevi) Ravno (jedan prolaz) ili više-prolaz s povratnim poklopcem
Toplinska učinkovitost Blago smanjena (faktor korekcije LMTD 0,85–0,95) Viša (može dobiti stvarni protutok)
Prosječno Maks. Duljina cijevi Rukovanje i vibracije ograničeno toplinsko naprezanje Ograničeno toplinskim širenjem (obično 1,5–2,5 m za PTFE bez dilatacijskog spoja)
Tolerancija na prljavštinu Dobra, snop se može odvojiti za čišćenje Prilično – čišćenje oduzima više vremena bez rada
Cijena za male jedinice. Umjereno - jednostruka cijevna ploča, bez dilatacije Niže - Lakša montaža za kratke cijevi
Trošak velikih/dugih jedinica Niži – nema potrebe za skupim dilatacijskim spojevima Viši – plutajuća glava ili dilatacijski spoj povećavaju troškove
Praktična upotreba bajonetnih PTFE izmjenjivača topline
U kemijskoj obradi i završnoj obradi površina bajunetni dizajn je poželjan za niz specijaliziranih slučajeva:

Ozbiljni toplinski ciklusi - Serijski postupci s nekoliko ciklusa grijanja i hlađenja izmjenjivača svaki dan. Slobodno{2}}klizne bajunetne cijevi omogućuju ovu vožnju bez nakupljanja stresa.

Usluge obraštanja - Kupke koje ostavljaju kamenac, mulj ili organske premaze na površini za prijenos topline. Važno je moći povući snop na redovito mehaničko ili kemijsko čišćenje.

Agresivna kisela okruženja koja zahtijevaju PTFE - PTFE je kemijski inertan i specificiran za agresivne kiseline (npr. klorovodičnu, sumpornu, fluorovodičnu). Bajonet dizajn smanjuje broj brtvi i mogućih mjesta curenja na strani cijevi.

Ograničeni pristupni prostor - Kada je izmjenjivač potrebno izgraditi u jami, uza zid ili na mjestu gdje pristup na oba kraja nije moguć. Bajunetni izmjenjivač servisira se samo na jednom kraju.

Instalacije za naknadnu ugradnju - Zamjena postojećeg fiksnog izmjenjivača s cijevnim pločama s problemima toplinskog zamora Glavni uzrok tih kvarova uklanja se bajunetnim dizajnom.

Nasuprot tome, fiksni sustavi cijevnih ploča i dalje se natječu za:

Mali, kratki izmjenjivači (duljina cijevi < 1,5 m) kada toplinsko širenje nije problem.

Primjene bez toplinskog ciklusa. Vrlo čiste tekućine.

Kada je čisti protutok neophodan za maksimiziranje LMTD (npr. povrat topline s pristupom bliskoj temperaturi).

Projekti s proračunskim ograničenjima gdje je najniži početni trošak glavni pokretač.

Razmatranja instalacije i rada
Postoji niz praktičnih aspekata koje treba uzeti u obzir pri specifikaciji PTFE izmjenjivača topline bajunetnog tipa.

Oslonac slobodnog kraja Slobodni kraj bajunetne cijevi treba poduprijeti, ali ne čvrsto učvrstiti. Kontakt-i-PTFE-a spriječen je pomoću PTFE habajućih rukavaca ili prstenova-niskog trenja.

Dizajn brtve - Klizna brtva za ulazak vanjske cijevi u cijevni lim mora omogućiti aksijalno pomicanje bez curenja. Uobičajene su PTFE usne brtve ili O-prstenovi s opružnim pokretačima.

Raspodjela protoka - Osigurajte da je prstenasti razmak dovoljno velik da se izbjegne pretjerano smanjenje tlaka. Razmak je općenito 2-5 mm, ovisno o promjeru cijevi i brzini protoka.

Vibracija cijevi - Pregrade ili potporne ploče trebaju biti smještene u intervalima od 0,5–1,0 metar kako bi se izbjegle vibracije-potaknute vrtlogom. Oslonci moraju omogućiti aksijalno klizanje.

Također imajte na umu da se bajunet izmjenjivači mogu ugraditi u velikom broju u jednu školjku. Više-bajunetni dizajn koristi veliki broj bajunetnih cijevi u tandemu, a sve su pričvršćene na istu cijevnu ploču. Ovaj raspored daje veliko područje za prijenos topline i pristup za održavanje samo s jednog kraja.

Zaključak