Koji su uobičajeni načini kvarova nepropusnih grafitnih izmjenjivača topline u kemijskoj službi?

Postoji niz različitih mehanizama koji su često temeljni uzrok kvarova grafitnog izmjenjivača topline. Operateri ih razumiju kako bi produžili životni vijek i izbjegli neplanirana gašenja. Grafit, nepropusni grafit, jaka je tvar za korozivnu upotrebu, ali nije otporna na oštećenja. Nepropusni grafit često je grafit impregniran PTFE-om, fenolnom smolom ili ugljikom. Najčešći načini kvara grafitnih izmjenjivača topline su degradacija smole, pucanje od toplinskog udara i erozija. Svaki tip ima različite simptome, uzroke i prevenciju.

Degradacija smole: tihi gubitak nepropusnosti
Smola za impregniranje ispunjava rupe na poroznoj grafitnoj podlozi i osigurava -nepropusnost nepropusnog grafita. Smola (često fenolna, ponekad PTFE ili furan) mora zadržati svoj strukturni integritet i prianjanje na grafit tijekom svog životnog vijeka. Propadanje smole događa se kada radne okolnosti premašuju toplinska ili kemijska ograničenja smole.

Toplinska degradacija
Fenolna smola počinje se razgrađivati ​​na temperaturama iznad oko 200C (ovisno o točnoj formulaciji). Proces razgradnje stvara hlapljive nusprodukte i uzrokuje skupljanje, pougljenje ili omekšavanje smole. Nakon što se ljepilo povuče iz mreže pora, grafit ponovno postaje porozan, dopuštajući apsorpciju korozivnih tekućina. To podrazumijeva u -i-cijevnom ili blok izmjenjivaču:

Unakrsna kontaminacija školjke i cijevi.

Propuštanje na brtvenim spojevima zbog gubitka smole koja uništava brtvu.

Sporo smanjenje učinkovitosti prijenosa topline onečišćenjem ili taloženjem degradiranih smolastih proizvoda.

Kemijski rat
Neke tvari oštećuju smolu za impregniranje, čak i ako sama grafitna podloga nije pogođena. Fenolna smola se brzo hidrolizira jakim kaustičnim otopinama (natrijev hidroksid, kalijev hidroksid) na povišenim temperaturama. Smola se također razgrađuje ili otapa pomoću koncentrirane dušične kiseline, sumporne kiseline iznad određenih temperatura i organskih otapala (aceton, metil etil keton). Liste kemijske kompatibilnosti obično rangiraju grafit prema kombinaciji grafitne podloge i smole. Kvar se može pokrenuti prekoračenjem maksimalne vrijednosti bilo koje komponente.

Znakovi propadanja smole uključuju:

Vidljivo plakanje ili curenje iz ne-zabrtvljenih dijelova grafitnog bloka.

Povećajte pad tlaka bez onečišćenja (uzrokovanog promjenama unutarnje poroznosti).

Promjena boje ili omekšavanje izložene smole na krajevima cijevi ili prirubnicama

Prevencija: Uvijek držite ispod gornje temperature i kemijskih ograničenja za tu vrstu smole koje je postavio proizvođač. Navedite vrste PTFE-impregniranog grafita ili ugljikom-impregnirane (bez smole-) gdje je primjenjivo za rad s kaustikom ili oksidirajućom kiselinom.

Pukotine od toplinskog udara: brze promjene temperature
Grafit ima relativno nisku otpornost na toplinske udare u usporedbi s metalima. Kada se dogodi velika i nagla promjena temperature, kao što je uvođenje hladne tekućine u vrući izmjenjivač, vanjske ili unutarnje površine grafitnog materijala drugačije se šire ili skupljaju. Materijal ima nisku vlačnu čvrstoću, manju od toplinskog naprezanja, što dovodi do proliferacije pukotina.

Tipični slučajevi toplinskog udara
Brzo pokretanje-: Hladna voda ili kiselina cirkulira kroz blok izmjenjivač koji je upravo ispušten, ali je još vruć nakon rada.

Nalet pare ili vrućeg kondenzata: Brzi udar pare visoke temperature u hladni izmjenjivač.

Poremećaj procesa: Gubitak protoka hlađenja, dok je medij za grijanje još uključen, nakon čega slijedi hitno ponovno uvođenje hladne tekućine.

Čišćenje ubrzo nakon pražnjenja vruće procesne tekućine hladnom vodom.

Pukotine od toplinskog udara općenito su duž otvora cijevi ili duž linija razdvajanja blokova. Pukotine se mogu razviti na spojevima cijevi-na-cijevni lim ili uzduž stijenki cijevi u pla-i-cijevnih izmjenjivačima. Pukotine omogućuju izravne zaobilaznice između strane školjke i cijevi ili između susjednih otvora cijevi.

Simptomi:

Naglo povećanje curenja servisnih tekućina.

Ispitivanje tlaka pokazuje brz gubitak tlaka.

Vidljive pukotine tijekom ispitivanja (preporučuju se testovi penetracije boje).

Prevencija:

Koristite odgovarajuće brzine promjene temperature (obično manje od ili jednako 5-10 stupnjeva / minuti, ovisno o vrsti izmjenjivača).

NIKADA ne dodajte hladnu tekućinu u vrući drenirani izmjenjivač. Držite izmjenjivač natopljen toplom tekućinom tijekom hlađenja.

• Koristite temperaturne blokade ili rad sekvencijalnog upravljačkog ventila za-pokretanje i isključivanje.

Simptomi načina kvara Mogući uzroci
Resin degradation Leaking through block walls; resin softened at tube ends; rise in pressure decrease without foulingTemperature >200 stupnjeva, jaka kaustika, dušična kiselina ili organska otapala, produljeni rad izvan kemijskih ograničenja
Damage from thermal shockSudden cross-leakage between services Cracks apparent with dye penetrant Failure coincident with rapid temperature shiftCold fluid entering hot exchanger; fast heating/cooling (>5-10 stupnjeva /min); ispražnjeni izmjenjivač s promjenom temperature
Erosion Tube thinning, particularly at tube inlets, baffle edges, or elbows; particle solids in process fluid; localised perforationHigh velocity fluid (>2-3 m/s predloženo ograničenje) Suspendirane kristalne tvari, sitne čestice katalizatora ili kamenac Turbulentne zone u blizini pregrada
Erozija: mehaničko trošenje brzinom fluida i čvrstim tvarima
Grafit je prilično meka, krta tvar. Otporan je na većinu kemijskih napada, ali je njegova površina osjetljiva na eroziju tekućinama velike brzine, osobito kada potoci nose lebdeće čestice. Erozija postojano eliminira grafitni materijal, stanjivanje stijenki cijevi, pregrada ili blok kanala do točke perforacije ili strukturalnog kvara.

Erozija velikom-brzinom
Čak i čiste tekućine pri prevelikim linearnim brzinama mogu s vremenom uzrokovati eroziju grafita. Najveća preporučena brzina za grafitne cijevi obično je 2-3 m/s (ovisno o određenom dizajnu izmjenjivača i proizvođaču). Iznad tog raspona sile smicanja tekućine polako troše unutarnji promjer cijevi. Najagresivnija erozija je na ulazima cijevi (gdje se razvijaju profili brzine) i u regijama neposredno nizvodno od pregrada (gdje su turbulencije ozbiljne).

Erozija česticama
Usluge gnojnice su posebno problematične, kao što je fosforna kiselina sa gipsom ili silicijevim dioksidom ili kiselina za kiseljenje sa česticama željeza. Suspendirane krutine su abrazivne i povećavaju brzinu uklanjanja materijala. Brzina erozije raste otprilike kao kvadrat brzine i linearno s koncentracijom čvrste tvari i tvrdoćom čestica. U teškim slučajevima, stijenke cijevi mogu biti probušene za nekoliko mjeseci.

Znakovi:-

Povećane stope curenja bez toplinskog šoka ili razgradnje smole.

U blizini ulaza, površine cijevi izgledaju kao da su tanko uglačane.

Ultrazvučno ispitivanje promjenjive debljine stijenke.

Perforacije koje izgledaju kao jasne rupe od erozije (ne nazubljene pukotine).

Prevencija:

Dizajn za tekućine s brzinom manjom od 2 m/s (i manjom ako su prisutne krutine).

• Instalirajte ulazne razdjelnike protoka ili protu{0}}erozijske rukavce na ulazu cijevi.

Napravite cijevi veće ili dodajte više cijevi paralelno. To će smanjiti brzinu po cijevi.

Filtriranje ili taloženje grubih materijala uzvodno.

Sinergistički učinci erozije-korozije
U nekim uslugama erozija i korozija djeluju zajedno. Tekućina je malo korozivna za vezivo od grafitne smole. Zaštićeni površinski sloj kontinuirano se uklanja erozijom otkrivajući svježi materijal. Takav mehanizam erozije-korozije može dovesti do kvara brzinom koja znatno premašuje zbroj pojedinačnih brzina. Na primjer, klorovodična kiselina s prenesenim česticama željeznog oksida ili sumporna kiselina s česticama ugljika.

Preporuke za inspekciju i nadzor
Sljedeće treba uključiti u redoviti pregled kako bi se otkrili načini kvara prije katastrofalnog curenja:

Vizualni pregled krajeva cijevi, brtvi i vanjskih strana blokova tijekom rutinskog održavanja.

Ispitivanje penetrantnom bojom grafitne površine koje pokazuje pukotine (oštećenje od toplinskog udara).

Ultrazvučno mjerenje debljine važnih područja sklonih eroziji (ulazni otvori cijevi i pregradne zone).

Ispitivanje propadanja tlaka strana ljuske i cijevi na propuštanje ili pukotine na zidu.

Praćenje procesa zbog neočekivanih promjena izlazne temperature ili pada tlaka.

Zaključak
Uobičajeni načini kvara grafitnog izmjenjivača topline uključuju propadanje smole, pucanje od toplinskog udara i eroziju. To se može izbjeći striktnim pridržavanjem radnih ograničenja i nježnim postupcima pokretanja-uključivanja/isključivanja-isključivanja. Grafit je moćan materijal za upotrebu korozivne kiseline, ali zahtijeva discipliniran rad kako bi se dobio maksimalan vijek trajanja (obično 10-20 godina ili više). Operateri bi se trebali pridržavati ograničenja temperature i brzine, spriječiti brze toplinske tranzijente i paziti na pokazatelje erozije čestica. Kada dođe do kvara, potpuna studija uzroka, uključujući testiranje stanja smole, procjenu uzorka loma i mapiranje debljine stijenke, omogućuje poduzimanje korektivnih koraka. Kada se pravilno koriste, nepropusni grafitni izmjenjivači topline nastavljaju pružati pouzdanu i ekonomičnu uslugu u najtežim kemijskim procesima.