Kako je konstruiran blok grafitni izmjenjivač topline i koje su njegove jedinstvene značajke sklapanja?

Mnogi grafitni izmjenjivači topline konstruirani su kao jedan blok s izbušenim kanalima, više nalik strojno obrađenom razvodniku nego snopu cijevi, za razliku od dobro-poznate konfiguracije ljuske-i-cijevi. Ova struktura ima određene prednosti u kompaktnosti, ali također ograničava popravke. U korozivnim aktivnostima, gdje je prostor ograničen ili je integritet curenja vitalan, potrebno je poznavanje procesa izgradnje blok grafitnih izmjenjivača topline kako bi se odredila odgovarajuća oprema.

Konstrukcija jezgre: cementirani izbušeni blokovi u monolit
Postupak počinje s golemim blokovima nepropusnog grafita. Grafit se čini otpornim na koroziju impregniranjem poroznog ugljičnog grafita s fenolnom ili furanskom smolom kako bi se zaštitio grafit od prodiranja tekućina. Blokovi su precizno izbušeni s dva niza okomitih rupa, jednom za procesnu tekućinu i jednom za servisnu tekućinu (medij za grijanje ili hlađenje). Dva kanala tekućine općenito su okomiti jedan na drugi, pod pravim kutom i ne križaju se.

Pojedinačni blokovi se zatim gomilaju i cementiraju specifičnim smolastim cementom. Cement mora imati isti koeficijent toplinskog rastezanja kao grafit i sličnu otpornost na koroziju. Snop tvori monolitnu grafitnu jezgru nakon sastavljanja i stvrdnjavanja. Snop blokova završava zaglavljima (distribucijskim komorama) koji su pričvršćeni za krajeve, obično s brtvama, za usmjeravanje tekućine u i iz izbušenih kanala. Cijeli se sklop zatim zatvara u čeličnu školjku ili se isporučuje s vanjskim oblogama.

Blok grafitni izmjenjivači Posebne značajke sklapanja
Modularnost za skaliranje
Priroda blok dizajna osigurava modularnost. Nekoliko blokova može se složiti vodoravno ili okomito kako bi se poboljšalo područje prijenosa topline. Različite duljine blokova mogu se koristiti unutar jedne ljuske, tako da se potreban zadatak može ispuniti bez potrebe za proizvodnjom po narudžbi. Ova modularnost smanjuje zalihe rezervnih dijelova budući da se neispravni blok teoretski može promijeniti, iako se zapravo rijetko poduzima zamjena bloka, posebno kada se uzmu u obzir komplikacije spajanja.

Ekstremna kompaktnost
Cijeli volumen bloka je aktivna površina za prijenos topline – svaki kubični centimetar ima kanale koji se presijecaju, što jedinicu čini iznimno kompaktnom. Nema cijevi, pregrada ili ploča za cijevi koje bi zauzimale prostor. Blok grafitni izmjenjivač može koristiti 50-70% manje podne površine od metalnih školjka-i cijevnih izmjenjivača istog opterećenja. Ova kompaktnost posebno je korisna za naknadne ugradnje ili instalacije u postojećim kemijskim postrojenjima gdje je prostor ograničen.

Uklanjanje spojeva između cijevi i cijevnih ploča
Blokasti dizajn eliminira spojeve cijevi-na-cijevne ploče, čest uzrok curenja u konvencionalnim izmjenjivačima topline. Nema mehanički valjanih ili zavarenih krajeva za cijev. Čvrsti grafit čini barijeru između procesnih i servisnih tekućina. Brtve se koriste isključivo na kolektoru-za-blokiranje spojeva gdje su obje tekućine pod skromnim diferencijalnim tlakom. Ovo drastično smanjuje moguće kanale curenja i poboljšava sigurnost s opasnim ili otrovnim tekućinama.

Nema brtvila između servisnih i procesnih tekućina
Glavna sigurnosna karakteristika dizajna bloka je da dvije struje fluida nisu odvojene brtvama. Grafitni blok je kontinuirana monolitna barijera. Brtve kolektora mogu propuštati, ali, budući da su komore kolektora izolirane, mala je vjerojatnost da procesne i servisne tekućine postanu unakrsno kontaminirane. Ovo je svojstvo posebno vrijedno u primjenama gdje bi miješanje dviju tekućina izazvalo teške reakcije ili gubitak proizvoda.

Glavno ograničenje je nepopravljivost-
Jedinstvena konstrukcija također predstavlja veliko ograničenje. Ako blok pukne iznutra, kao rezultat toplinskog udara, skoka tlaka ili mehaničkog naprezanja, ne može se zavariti, zakrpati ili napuniti. Unutarnji prolazi nisu dostupni za popravak. Morate zamijeniti cijeli blok ili cijeli niz blokova. Zapravo, to općenito znači napuštanje cijelog izmjenjivača jer zamjena pojedinačnih blokova uključuje lomljenje zalijepljenih spojeva i ponovno spajanje novih blokova, što je rijetko jeftino.

U nekim teškim uslugama blok izmjenjivači su zapravo potrošne komponente. Otpornost na temperaturne cikluse i mehanički zamor upravlja njihovim vijekom trajanja. Ako se očekuje povremeno pucanje, mogu se postaviti brojne manje blok jedinice paralelno tako da jedan kvar ne zaustavi cijeli proces.

Usporedba između Shell i Tube Graphite izmjenjivača topline
Grafitni izmjenjivači topline također se izrađuju u obliku školjke-i-cijevi, koristeći grafitne cijevi (obično promjera 20–50 mm) i ploče grafitnih cijevi. Usporedba otkriva kompromise:

Značajka: Block GraphiteGraphite, shell & tube
Gustoća toplinskog toka Vrlo visoka (nepropusna) Umjerena
Putovi curenja Malo (bez spojeva cijevi) Mnogo (svaki spoj cijevi)
Mogućnost popravka Nema (napuknuti blok=zamijenite) Dobro (pojedinačne cijevi se mogu začepiti ili zamijeniti)
Maksimalni radni tlak Niži (često 6-10 bara) Viši (možda 10-16 bara)
Čišćenje / onečišćenje Začepljene rupe teže je očistiti Mehaničko čišćenje cijevi je moguće
Tipični zadaci Kondenzacija Jednofazne tekućine Rebojleri, grijanje, hlađenje
Blok izmjenjivači se često koriste za kondenzaciju i aktivnosti jednofazne tekućine gdje se toplinski šok učinkovito kontrolira. Za usluge u kojima su začepljenja, onečišćenja ili temperaturne promjene više od brige, favoriziraju se grafitni sustavi s ljuskom i cijevima jer se pojedinačne cijevi mogu zamijeniti.

Praktična razmatranja za specifikaciju
Kada se razmatra konstrukcija blok grafitnog izmjenjivača topline za određenu dužnost, treba uzeti u obzir sljedeće varijable:

Učestalost toplinskih ciklusa - Povećana frekvencija ciklusa povećava rizik od pucanja. Block dizajni vole trčati cijelo vrijeme.

Prijelazni tlakovi - Iznenadni skokovi tlaka (vodeni udar) mogu razbiti blokove. Dizajn cijevi i rasterećenje tlaka moraju biti ispravni.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1–2 mm rizikuje začepljenje, koje nije lako očistiti.

Kritičnost usluge - U jednom-procesu niza, gdje kvar izmjenjivača uzrokuje zaustavljanje proizvodnje, možda nije prihvatljivo nemogućnost popravka blok jedinica. Preporučuju se redundantne jedinice ili druga vrsta zgrade.

Zaključak:
Blok grafitni izmjenjivač topline je specijalizirani dizajn visokih performansi koji žrtvuje mogućnost popravka za ekstremnu kompaktnost i manje puteva curenja. Njegova konstrukcija sastoji se od izbušenih blokova naslaganih i spojenih u monolitnu jezgru, pružajući veliku gustoću prijenosa topline i bez spajanja cijevi-na-cijevne ploče. Ali napuknuti blok ne može se popraviti, mora se u potpunosti zamijeniti. Stil gradnje mora biti u skladu s filozofijom održavanja i kritičnošću usluge. Blok grafit je elegantno rješenje koje štedi prostor za nizak toplinski šok, kontinuirane, čiste, jednofazne aktivnosti. Za teške ili sigurnosne-usluge gdje je popravljivost važna, drugi materijali ili grafit s ljuskom-i-cijevi mogu biti prikladniji.