Kako PTFE izmjenjivač topline sprječava taloženje parafinskog voska u grijanju cjevovoda sirove nafte?
Ostavite poruku
Problem taloženja voska
Sirova nafta sadrži otopljene parafinske voskove-dugo-lančane ugljikovodike (C18-C60) koji se talože kada temperatura ulja padne ispod temperature pojave voska. Izmjenjivači topline koji se koriste za zagrijavanje sirove nafte za transport cjevovodima ili preradu suočavaju se s stalnim izazovom: površina cijevi, budući da je hladnija od mase nafte tijekom početne faze zagrijavanja, pruža mjesto gdje kristali voska nukleiraju i rastu. Talog voska izolira cijevi, smanjuje prijenos topline i na kraju ograničava protok.
Metalne površine izmjenjivača topline posebno su sklone taloženju voska. Visoko{1}}površina metalnog oksida pruža obilna mjesta nukleacije. Kristali voska vežu se za površinu van der Waalsovim silama i mehaničkim spajanjem s hrapavošću površine. Sloj voska postupno raste sa svakim ciklusom zagrijavanja. Uklanjanje zahtijeva mehaničko čišćenje, obradu kemijskim otapalom ili potpuno rastavljanje izmjenjivača-što je skupo i dugotrajno-.
PTFE izmjenjivač topline otporan je na taloženje voska kroz svoju nisko{0}}energetsku površinu. Fluorpolimer osigurava nekoliko mjesta nukleacije i minimalnu adheziju. Kristali voska koji se stvaraju u masi ulja ne vežu se za površinu. Vosak ostaje suspendiran u ulju i nosi se nizvodno, umjesto da se taloži na izmjenjivaču topline.
Mehanizam nukleacije i taloženja voska
Taloženje parafinskog voska događa se kroz tri uzastopna procesa: nukleacija kristala na hladnoj površini, rast kristala i adhezija rastućih kristala u kontinuirani sloj. Na svaki proces utječu svojstva površine.
Na metalnoj površini lako dolazi do nukleacije. Visoka površinska energija (40-50 mN/m) i prisutnost površinskih defekata-ogrebotina, granica zrna, korozijskih jama-obezbeđuju mjesta gdje se molekule voska agregiraju i tvore stabilne jezgre. Jezgre rastu ugradnjom dodatnih molekula voska iz ulja. Rastući kristali isprepliću se s hrapavošću površine, učvršćujući talog. Vremenom se kristali spajaju u kontinuirani sloj voska.
Na PTFE-u, nukleacija je potisnuta. Niska površinska energija (18-20 mN/m) znači da molekule voska imaju manji afinitet prema površini nego prema masi ulja. Glatka površina (Ra 0,1-0,3 μm) ne nudi mehanička isprepletena mjesta. Kristali koji stvaraju jezgru slabo su pričvršćeni i lako ih odvaja ulje koje teče.
| Parametar taloženja voska | Ugljični čelik | Nehrđajući čelik | PTFE |
|---|---|---|---|
| Površinska energija (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Gustoća mjesta nukleacije voska | visoko | visoko | Niska |
| Snaga prianjanja voska (relativna) | 1.0 (osnovna linija) | 0.8-1.0 | 0.05-0.1 |
| Stopa taloženja voska (relativna) | 1.0 | 0.9-1.0 | 0.1-0.2 |
| Metoda čišćenja | Mehaničko čišćenje, otapalo | Mehanički, otapalo | Lagano ispiranje otapalom |
| Degradacija prijenosa topline tijekom 6 mjeseci (%) | 30-50 | 25-45 | 5-10 |
Taloženje voska je najteže pri temperaturama ulja bliskim temperaturi pojave voska koja je općenito između 30 i 50 stupnjeva za mnoge sirove nafte. U prvom razdoblju zagrijavanja stijenka cijevi je hladnija od mase ulja i temperatura stijenke može biti u području taloženja voska. Vosak se voli taložiti na najhladnijim površinama.
Smanjena toplinska vodljivost PTFE-a proizvodi profil temperature koji se razlikuje od onog u metalnoj cijevi. Unutrašnja temperatura pare je visoka, ali temperatura vanjske PTFE površine značajno se snižava preko stijenke cijevi. PTFE osigurava hladniju površinu od metalne površine pri istom tlaku pare. Može se predvidjeti da će ova hladnija površina povećati taloženje voska. Ali učinak je nadoknađen kvalitetom površine koja se ne lijepi. Temperatura nije bitna, vosak koji dodiruje PTFE površinu se ne lijepi.
U praksi postrojenja izvještavaju o postojanom prijenosu topline za PTFE izmjenjivače tijekom mjeseci grijanja na sirovo ulje, dok metalni izmjenjivači zahtijevaju čišćenje svakih 4-8 tjedana.
Prednost rada i održavanja
Uklanjanje naslaga voska uklanja potrebu za redovitim mehaničkim čišćenjem. PTFE izmjenjivač radi, kada bi metalni izmjenjivač bio zaustavljen radi čišćenja ili čišćenja otapalom. Vrijeme neprekidnog rada proizvodnje raste. Smanjeni troškovi osoblja za održavanje i kemikalija za čišćenje.
Konačno, nema naslaga voska, što implicira da je koeficijent prijenosa topline stabilniji. Sustav kontrole procesa ne mora se boriti protiv rastućeg onečišćenja povećanjem tlaka pare. Potrošnja energije je predvidljiva i stalna.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline postižu sprječavanje taloženja parafinskog voska kod zagrijavanja sirove nafte korištenjem nisko{0}}energetske glatke površine koja sprječava nukleaciju kristala i adheziju. Vosak ostaje u mlazu ulja i ne nakuplja se na površini cijevi. Uklanjanje prljavštine od voska uklanja često mehaničko čišćenje, održava stabilan prijenos topline i povećava vrijeme neprekidnog rada. Značajne uštede u troškovima održavanja tijekom radnog vijeka od 15+ godina.
Po primitku informacija o sastavu sirove nafte, temperaturi pojavljivanja voska, rasponu radne temperature i trenutnoj povijesti onečišćenja, možemo pružiti inženjersku pomoć za specifikaciju PTFE izmjenjivača topline u uslugama koje sadrže naftu i vosak.
