Проблема доступа к автоклаву
Гидрометаллургический автоклав работает при температуре 180 градусов и давлении 12 бар, обрабатывая никелевую латеритную руду. Судно имеет цилиндрическую форму, диаметром 3,5 метра, с единственным люком диаметром 500 мм, обеспечивающим единственный доступ внутрь. Существующий титановый нагревательный змеевик, подвергшийся коррозии после 18 месяцев эксплуатации в высокотемпературном-растворе сернокислого выщелачивания, необходимо заменить. Теплообменник из ПТФЭ отличается устойчивостью к коррозии, но ограничение доступа представляет собой трудную задачу при проектировании: теплообменник должен пройти через люк длиной 500 мм и быть собран внутри изогнутого резервуара, соблюдая цилиндрическую геометрию и одновременно максимизируя площадь поверхности теплопередачи.
Стандартные прямоугольные сетки из ПТФЭ не подходят. Требуется индивидуальный модульный подход, разработанный специально для цилиндрической геометрии резервуара и ограниченного доступа.
Модульный спиральный подход к проектированию
Цилиндрические сосуды предпочитают спиральную или кольцевую конфигурацию теплообменника, повторяющую кривизну сосуда. Конструкция, разработанная для этого автоклава, состоит из соединенных между собой модулей трубок из ПТФЭ, расположенных в виде концентрических спиральных колец. Каждый модуль представляет собой предварительно-собранный сегмент трубки из ПТФЭ, сформированной в виде частичной дуги под углом 120–180 градусов и рассчитанной на диагональное прохождение через люк длиной 500 мм.
Модули соединяются внутри автоклава с помощью компрессионных фитингов в обозначенных точках соединения. Соединения расположены так, чтобы к ним был доступ через отверстие люка, что позволяет установщику проникнуть через люк и выполнить соединения с помощью стандартных инструментов.
Завершенная сборка образует две концентрические спиральные катушки, подвешенные на опорных кронштейнах, приваренных к стенке резервуара во время предыдущего останова. Внешняя катушка охватывает стенку сосуда примерно в 200 мм от оболочки. Внутренняя катушка расположена на расстоянии 400 мм от внешней катушки. Эта конфигурация с двойным-змеевиком максимизирует поверхность теплопередачи внутри цилиндрического объема, сохраняя при этом зазор для потока суспензии между змеевиками.
Таблица 1. Параметры конструкции изготовленного на заказ цилиндрического теплообменника из ПТФЭ (автоклав диаметром 3,5 м, люк 500 мм)
| Проектный параметр | Спецификация | Инженерное обоснование |
|---|---|---|
| Угол дуги модуля | 150 градусов | Максимальный угол, обеспечивающий диагональный проход через люк шириной 500 мм. |
| Ширина модуля | 380 мм | Свободное пространство для прохода люка с поворотом |
| Вес модуля (сухой) | 8-10 кг | Ручная обработка одним установщиком через люк |
| Количество модулей на спиральное кольцо | 3 (3 × 150 градусов=450 градусов с перекрытием) | Перекрытие обеспечивает непрерывный нагрев по всей окружности. |
| Количество концентрических колец | 2 | Наружное кольцо возле стенки сосуда; внутреннее кольцо на среднем-радиусе |
| Внешний диаметр трубки × стенка | 10 мм × 1,2 мм | Модифицированный ПТФЭ для сопротивления ползучести при 180 градусах. |
| Тип меж-межмодульного соединения | Раструбное компрессионное соединение из ПТФЭ | Ручная-сборка через люк |
| Проверка соединения на герметичность | Пневматический при 1,5 бар (низкое давление, безопасность-ограничена в ограниченном пространстве) | Выполняется модуль за модулем при сборке |
| Общий вес в собранном виде | 55 кг | Поддерживается существующими кронштейнами сосудов |
| Общая поверхность теплопередачи | 8.5 m² | Рассчитан на мощность отопления 45 кВт при расчетном давлении пара. |
Последовательность сборки внутри-корпуса
Сборка осуществляется в строгой последовательности, разработанной и отрепетированной перед остановкой. Все модули, инструменты и испытательное оборудование размещаются у люка. Судно вентилируется, проходит-газовую проверку, действует разрешение на вход в замкнутое пространство, у люка находится дежурный человек.
Внешнее винтовое кольцо собирается первым. Три дуговых модуля пропускаются через люк, устанавливаются на опорные кронштейны и соединяются. Кольцо прошло-испытание под давлением. Внутреннее спиральное кольцо следует той же последовательности с использованием второго набора опорных кронштейнов. Готовые змеевики подключаются к коллекторам подачи пара и возврата конденсата, которые проникают в емкость через имеющиеся патрубки.
Вся сборка выполняется бригадой из двух человек за одну 10-часовую смену технического обслуживания. Никаких горячих работ не требуется. Никаких модификаций сосуда, кроме ранее установленных опорных кронштейнов, не требуется.
Тепловые характеристики в цилиндрической геометрии
Спиральная конфигурация обеспечивает превосходные тепловые характеристики в условиях автоклава. Концентрическое расположение змеевиков создает естественную картину циркуляции в суспензии: нагретая жидкость поднимается по змеевикам, циркулирует к центру емкости и возвращается вниз вдоль стенок емкости. Такая циркуляция улучшает теплообмен и предотвращает локальный перегрев суспензии на поверхностях труб.
Конструкция с двумя-катушками также обеспечивает оперативное резервирование. Если в одном змеевике возникнет утечка, его можно изолировать, в то время как второй змеевик продолжает нагреваться с пониженной мощностью. Автоклав продолжает работать с частичной производительностью до тех пор, пока период планового технического обслуживания не позволит провести ремонт.
Краткое содержание
Изготовленные на заказ теплообменники из ПТФЭ, предназначенные для доступа к цилиндрическим автоклавам, представляют собой модульные сегменты спиральной дуги, которые проходят через стандартные люки и собираются внутри резервуара. Концентрическая конфигурация с двойным-змеевиком максимизирует поверхность теплопередачи в пределах изогнутой геометрии, обеспечивает усиление естественной циркуляции и обеспечивает эксплуатационное резервирование.
Модульный подход позволяет устанавливать ПТФЭ в резервуары, где обычные прямоугольные решетки не подходят, расширяя диапазон применения технологии ПТФЭ до работы в автоклавах-высокого давления, где решающее значение имеют устойчивость к коррозии и предсказуемая долгосрочная-работоспособность.
Техническая поддержка для индивидуальной конструкции теплообменника из ПТФЭ с цилиндрическим резервуаром доступна при предоставлении чертежей резервуара, размеров люка, условий процесса, режима нагрева и доступных соединений сопел.
