Kako mehanički udarci i vibracije ograničavaju primjenu grafitnih izmjenjivača topline?

Grafit je keramika-slična tvar koja je jaka pod pritiskom, ali krta. Jedan trzaj ili val tlaka ili stalne vibracije mogu slomiti grafitni izmjenjivač i uzrokovati katastrofalan kvar na način na koji fleksibilne PTFE cijevi nikada ne bi. 9. Grafit ima izvrsnu otpornost na koroziju i toplinsku vodljivost, ali je mehanički krhak i stoga prilično ograničen u pogledu mjesta na koje se može sigurno ugraditi. Razumijevanje ograničenja mehaničkog udarnog grafitnog izmjenjivača topline važno je pri odabiru opreme koja će biti pouzdana tijekom navedenog vijeka trajanja.

Grafit je krt, nema duktilnosti, nema upozorenja
Grafit u biti nema duktilnost niti ponašanje popuštanja prije loma. Dok su metali plastično deformabilni i rastežu se pod stresom, a PTFE se jako izdužuje prije pucanja, grafit je krta kruta tvar. Nije ni fleksibilan ni elastičan. Razbija se. Vlačna čvrstoća nepropusnog grafita obično je 10-20 MPa, slična onoj od PTFE-a. Međutim, sposobnost PTFE-a da se plastično deformira i apsorbira energiju znači da je mnogo otporniji na udarce. Grafit, s druge strane, akumulira elastičnu energiju dok se ne postigne kritična razina naprezanja, a zatim se naglo lomi bez ikakve prethodne deformacije.

Takva krtost čini grafitne izmjenjivače topline nesposobnima da izdrže brza mehanička opterećenja, oštre udarce ili ponavljajuće cikluse naprezanja. Nadtlak ili umjerene vibracije tijekom vremena mogu uzrokovati pukotine koje se šire kroz blokove, cijevi ili ploče cijevi.

Posebne mehaničke opasnosti za grafitne izmjenjivače topline
Vodeni čekić Tajni tlačni val
Iznenadno zaustavljanje protoka, pokretanje crpke ili zatvaranje ventila stvara tlačni val koji putuje kroz cjevovod brzinom zvuka. Ovaj impuls vodenog čekića može stvoriti tlakove nekoliko puta veće od proračunskog tlaka sustava. Tako snažan impuls može trenutno razbiti blokove ili cijevi za grafitni izmjenjivač. Grafit je keramički-kao u prirodi i ne apsorbira energiju prenapona kroz elastičnu deformaciju. Tlačni val pronalazi slabu točku, obično oko spojeva mlaznica ili uglova blokova, i počinje pucati.

Grafit je visokorizičan izbor u svakom sustavu gdje postoji mogućnost vodenog udara. Tipični uzroci vodenog udara su vodovi kondenzirane pare, dugi dijelovi cijevi s brzo-zatvarajućim ventilima i ispusni vodovi pumpe neadekvatne veličine. Grafitni izmjenjivač topline može se iznutra oštetiti jednim teškim događajem, čak i kada nema vidljivog vanjskog oštećenja.

Vibracijski zamor rotacijske opreme
Pumpe, kompresori, mješalice i okolni strojevi za predenje prenose kontinuiranu vibraciju kroz cijev i omotač izmjenjivača. Ove mehaničke vibracije mogu tijekom vremena opteretiti grafitne komponente, posebno na spojevima, spojevima cijevi-na-cijevne ploče ili kada je nesavitljivi cjevovod spojen izravno na mlaznice izmjenjivača. Vibracije ne moraju biti nasilne; umjerene amplitude, visokofrekventne oscilacije mogu proizvesti mikropukotine koje se ravnomjerno šire sve dok ne dođe do potpunog loma.

Grafitni izmjenjivači trebaju mehanički "tiho" radno okruženje. Montaža na isti nosač kao i klipna pumpa ili tik do neuravnoteženog ventilatora recept je za preuranjeni kvar. U nekim situacijama, inherentne frekvencije grafitnih cijevi ili blokova mogu se pobuditi čak i vibracijama izazvanim protokom turbulentnog fluida koji teče kroz kanale izmjenjivača.

Oštećenja uzrokovana rukovanjem i brigom
Lomljivost također utječe na instalaciju i servisiranje. Alat koji je ispao, udar u grafitnu mlaznicu, prirubnica teške cijevi koja nije poravnata, čak i pretjerano zatezanje pričvrsnih elemenata na poklopcu mogu izazvati pukotinu. Metalnim izmjenjivačima može se teško rukovati tijekom sastavljanja, dok se s grafitnim jedinicama mora rukovati pažljivo. Druga velika zabrinutost je šteta pri transportu: paleta koja je ispala tijekom istovara može slomiti grafitni blok prije nego što uopće dođe na servis.

Radnje ublažavanja izmjenjivača grafita
Ako se grafitni izmjenjivači topline trebaju koristiti na mjestima gdje može doći do mehaničkih udara ili vibracija, postoji niz postupaka projektiranja i ugradnje koji mogu ublažiti rizik:

Mjera za smanjenje opasnosti
Vodeni čekić Koristite ventile koji se sporo zatvaraju, prigušivače prenapona ili akumulatore. Nemojte koristiti solenoidne ventile na protoku tekućine u izmjenjivaču koji se brzo zatvaraju. Dizajnirajte cjevovod kako biste smanjili brze fluktuacije protoka.
Vibracija cjevovoda Postavite fleksibilne spojnice (pletena metalna crijeva ili ekspanzijske spojeve) između krutih cjevovoda i mlaznica izmjenjivača. Poduprite cijevi odvojeno blizu izmjenjivača kako biste spriječili prijenos opterećenja.
Vibracije pumpi ili kompresora Izolirajte izmjenjivač na nosače za prigušivanje vibracija. Izmjenjivač je odvojen od vibrirajućih strojeva sa 2 do 3 metra fleksibilnog cjevovoda.
Zaštita od udaraca Postavite štitnike ili kaveze oko osjetljivih mlaznica. Označite ušice za podizanje izravno na kućištu izmjenjivača. Obučite stručnjake za održavanje pravilnim tehnikama rukovanja.
Termički šok Kontrolirajte brzine grijanja i hlađenja (obično<5–10°C/min). Never infuse cold fluid into a hot exchanger abruptly.
Čak i uz ove korake, nikakvo ublažavanje ne može u potpunosti smanjiti rizik koji predstavlja mehanički stres. Za primjene u kojima se vodeni udar ili ekstremne vibracije ne mogu sigurno izbjeći, potrebno je istražiti druge materijale poput snopova PTFE cijevi ili izmjenjivača od silicij karbida.

Kad grafit radi-a kad ne
Grafitni izmjenjivači topline dobri su za mehanički stabilne instalacije s niskim-vibracijama sa stabilnim protokom tekućine, bez skokova tlaka i pažljivim operaterima. Tipične prihvatljive primjene su:

Tekućina za grijanje ili hlađenje u stabilnom-stanju u kemijskim reaktorima

Kondenzacija čistih para putem gravitacijskog odvoda

Servis reboila s kontroliranim toplinskim unosom

Neprimjenjive aplikacije:

Sustavi kondenzata osjetljivi na parni čekić

Instalacije iza klipnih pumpi

Mobilna ili pomorska oprema osjetljiva na kretanje i udarce

Svaki servis koji nema fleksibilne spojnice ili odgovarajuće nosače za sustav cjevovoda.

Usporedba s PTFE: Kemijska otpornost u odnosu na mehaničku žilavost
Usporedba s ptfe-om govori. Snopovi PTFE cijevi savijaju se kada dođe do skokova tlaka i apsorbiraju mehanički udar bez oštećenja. PTFE može izdržati česte vibracije i umjereno rukovanje. Ali PTFE ne može raditi na istim visokim temperaturama kao grafit i nema istu visoku toplinsku vodljivost. Odluka između grafita i PTFE-a obično je kompromis-između kemijske/toplinske izvedbe (grafit) i mehaničke otpornosti (PTFE).

Sažetak
Krhkost grafita ograničava njegovu primjenu na čvrste instalacije s niskim-vibracijama, dok je PTFE daleko otporniji. Vodeni udar, vibracije i oštećenja od udarca pravi su izazovi za integritet grafitnih izmjenjivača topline. Puknuti blok ili cijev ne mogu se popraviti i jedinica se obično mora zamijeniti. Dakle, mehaničko okruženje je jednako bitno kao i kemijsko okruženje pri izboru materijala. Dinamika cjevovoda, vremena aktiviranja ventila, okolni rotirajući strojevi i postupci rukovanja moraju se na odgovarajući način procijeniti prije specifikacije grafitnog izmjenjivača topline. Ako se mehanički udar ne može izbjeći, osim katastrofalnog kvara i nepredviđenog prekida rada, treba razmotriti-materijale otporne na koroziju ili drugačiji dizajn izmjenjivača.