Немногие эксплуатационные проблемы могут быть более неприятными, чем теплообменник, который постоянно засоряется или разрушается при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы. Шламы, абразивные суспензии и кристаллизующиеся рассолы могут быстро нарушить работу традиционных конструкций, что приведет к снижению теплопередачи, чрезмерному падению давления и частым остановкам для очистки или замены трубок. Когда также требуется устойчивость к коррозии, теплообменники из ПТФЭ становятся привлекательным вариантом. Однако успешный теплообмен суспензии требует большего, чем просто химическая совместимость. Основными целями конструкции должны быть устойчивость к истиранию, предотвращение засорения и удобство обслуживания.
Жидкости,-содержащие твердые частицы, создают три основные проблемы. Во-первых, твердые частицы могут разрушать поверхности трубок, особенно при высоких скоростях или при изменении направления потока. Во-вторых, твердые частицы имеют тенденцию оседать в зонах с низкой-скоростью, образуя отложения, которые ограничивают поток и уменьшают теплопередачу. В-третьих, трубки малого-диаметра особенно подвержены засорению из-за образования мостиков или кристаллизации. Конструкция, оптимизированная для чистых жидкостей, может быстро выйти из строя в условиях шлама.
В этом контексте ПТФЭ предлагает важные преимущества. Его не-поверхность уменьшает прилипание многих твердых частиц и соединений,-образующих накипь, помогая уменьшить загрязнение. В сфере кристаллизации пониженная поверхностная энергия может задержать зародышеобразование по сравнению с шероховатыми металлическими поверхностями. Однако ПТФЭ имеет относительно низкую стойкость к истиранию по сравнению с металлами или керамикой. Прямое воздействие высокоабразивных частиц на чрезмерной скорости может привести к постепенному истончению стенок. Следовательно, гидравлическое и механическое проектирование должно балансировать риск эрозии с необходимостью поддерживать твердые частицы во взвешенном состоянии.
Выбор диаметра трубы является одним из наиболее важных проектных решений. Трубки большего диаметра снижают вероятность засорения и облегчают механическую очистку. На практике для абразивных суспензий конструкция с прямыми-трубками и съемными-пучками с диаметром трубок не менее 20 мм позволяет проводить механическую очистку и снижает риск засорения. При работе со шламом следует избегать использования трубок малого-диаметра, часто встречающихся в компактных теплообменниках. Хотя трубки большего размера уменьшают площадь поверхности на единицу объема, компромисс-в надежности часто оправдан.
Не менее важно поддерживать минимальную скорость транспортировки. Твердые вещества должны оставаться во взвешенном состоянии, чтобы предотвратить осаждение и накопление. Требуемая минимальная скорость транспортировки зависит от размера частиц, плотности и концентрации, но проектировщикам тепловых систем следует учитывать корреляции с -обработкой твердых частиц, чтобы определить безопасные рабочие диапазоны. Чрезмерно низкая скорость способствует осаждению и возможной закупорке. И наоборот, слишком высокая скорость увеличивает риск истирания. Оптимальный диапазон, при котором частицы удерживаются без чрезмерного износа, должен быть установлен во время проектирования.
Геометрия пути потока должна минимизировать мертвые зоны и резкие изменения направления. В традиционных кожухо-и-трубных теплообменниках используются перегородки для усиления турбулентности и теплопередачи на стороне корпуса. При теплообмене суспензии перегородки могут создавать застойные карманы, в которых скапливаются твердые частицы. Конфигурации прямых-трубок без сложных внутренних перегородок уменьшают количество потенциальных точек осаждения. Там, где для твердых частиц необходимо использовать боковой поток-оболочки, специально разработанные распределители потока могут помочь поддерживать равномерную скорость и избежать короткого-циркуляции или застоя.
Решение о том, на какой стороне теплообменника должна находиться жидкость для твердых частиц, является стратегическим выбором. Распространенная стратегия состоит в том, чтобы поддерживать высокую скорость частиц жидкости на стороне трубки и размещать чистую жидкость на стороне корпуса, чтобы упростить доступ для очистки. Размещение-боковое расположение трубок облегчает механическую очистку благодаря доступным коллекторам и прямым трубкам. Съемные головки каналов позволяют использовать стержень или промывку под высоким-давлением без демонтажа всего устройства. Очистка твердых частиц со стороны корпуса- обычно затруднена, если пакет не снимается полностью.
В некоторых случаях размещение суспензии на стороне корпуса может быть выгодным, если требуются очень большие каналы для потока. Специальная конструкция с открытым-корпусом с широкими зазорами и минимальным количеством препятствий позволяет выдерживать более высокие нагрузки по твердым веществам. Однако такие конструкции должны обеспечивать равномерное распределение потока и достаточный доступ для очистки.
Кристаллизация рассолов представляет дополнительные проблемы. При понижении температуры растворимость снижается, и внутри теплообменника могут образовываться кристаллы. Поверхности теплопередачи могут стать местами зародышеобразования, что приводит к быстрому образованию накипи. Работа выше температуры насыщения, где это возможно, контроль приближения температуры и поддержание достаточной скорости — все это помогает уменьшить осаждение. Периодическая промывка или химическая очистка по-прежнему могут потребоваться, поэтому элементы конструкции, обеспечивающие простоту-очистки, по-прежнему важны.
Толщина материала и механическая опора должны учитывать возможное истирание. Несмотря на то, что ПТФЭ химически инертен, при длительной эксплуатации в условиях высокоабразивной эксплуатации может произойти утончение стенок. Небольшая толщина стенок в сочетании с периодическими проверками помогает обеспечить безопасную эксплуатацию. Там, где истирание является экстремальным, можно оценить альтернативные фторполимеры с улучшенными износостойкими свойствами или композитные конструкции.
Контрольно-измерительные приборы также играют важную роль в обеспечении надежности работы навозной жижи. Мониторинг перепада давления на теплообменнике обеспечивает раннее предупреждение о закупорке или отложениях. Постепенное увеличение падения давления часто предшествует полной блокировке, что позволяет запланировать техническое обслуживание до того, как произойдут незапланированные остановки.
В конечном счете, успешный теплообмен шлама зависит от философии проектирования, направленной на поддержание потока и обеспечение очистки. Химическая стойкость сама по себе не гарантирует надежность. Диаметр трубы, минимальная скорость транспортировки, распределение потока и механическая доступность должны быть включены в спецификацию с самого начала. Для особенно сложных суспензий,-таких как высоковязкие, быстро кристаллизующиеся или чрезвычайно абразивные материалы,-может потребоваться специальное оборудование, например скребковые-поверхностные теплообменники. Консультации со специалистами по термической обработке гарантируют, что выбранная конфигурация соответствует требованиям как к процессу, так и к обращению с твердыми частицами-, обеспечивая надежную работу в сложных условиях.
