Задача воздействия на открытом воздухе
Гидрометаллургические заводы устанавливают теплообменники на открытом воздухе. Системы экстракции меди растворителем, выщелачивания латерита никеля и системы безразборной мойки золота работают под открытыми-навесами или полностью подвергаются воздействию солнца, дождя и перепадов температуры. Головки теплообменника-коллекторы, соединяющие пучки труб с технологическими трубопроводами-, подвергаются самым суровым условиям.
Солнечный свет излучает ультрафиолетовое излучение, которое разрушает полимеры. Дневные температурные циклы, от почти-морозных ночей до 40 градусов во второй половине дня, создают нагрузку на тепловое расширение. Ветер-дождь и пыль разрушают поверхности. Работы по техническому обслуживанию подвергают оборудование случайному воздействию инструментов и мобильного оборудования.
Конструкция головки должна защищать соединения трубы-с-коллектором и выдерживать такие условия в течение десятилетий. Конкурируют три подхода к проектированию: полностью-головки из ПТФЭ, головки из ПВДФ и головки из ПТФЭ с металлической-армировкой. Каждый по-своему относится к окружающей среде.
Варианты дизайна головы
Во всех-головках из ПТФЭ используется тот же фторполимер, что и в трубках. Химическая совместимость идентична. Вся смачиваемая поверхность устойчива к технологическим кислотам. Но ПТФЭ имеет низкую механическую жесткость. Большие неподдерживаемые конструкции головки могут расползаться или деформироваться под постоянными нагрузками. Болтовые фланцевые соединения требуют тщательного регулирования крутящего момента, чтобы предотвратить утечку при холодном-течение ПТФЭ.
Головки из ПВДФ обладают более высокой жесткостью и прочностью, чем из ПТФЭ. Материал легко обрабатывается в жатку сложной формы. Химическая стойкость хорошая, но не универсальная.-ПВДФ подвергается воздействию сильных щелочей, некоторых растворителей и дымящих кислот при температуре выше 120 градусов. Для гидрометаллургических применений, связанных с серной кислотой при умеренных температурах, ПВДФ обеспечивает достаточную химическую стойкость с превосходными механическими свойствами.
Металлические-бронированные головки заключают футеровку из ПТФЭ внутри структурной оболочки из стали или стеклопластика. Лайнер обеспечивает химическую стойкость. Оболочка обеспечивает механическую прочность. Этот гибридный дизайн сочетает в себе лучшее из обоих материалов. Наказание – более высокая стоимость и более сложное изготовление.
Таблица 1. Сравнение конструкции головки для установки наружного теплообменника из ПТФЭ
| Дизайн головы | Устойчивость к ультрафиолетовому излучению | Терпимость к термическому циклированию | Ударопрочность | Химическая совместимость | Относительная стоимость |
|---|---|---|---|---|---|
| Все-ПТФЭ | Отлично (без деградации) | Хороший (гибкий, низкий уровень стресса) | Плохой (легко повреждается) | Универсальный | Умеренный |
| ПВДФ | Хорошо (требуются УФ-стабилизаторы) | Умеренный (более жесткий, более высокая термическая нагрузка) | Хороший | Ограничено (избегайте сильных щелочей и растворителей) | Низкий-Умеренный |
| Металлическая-броня (сталь/ПТФЭ) | Отлично (металлические экраны от УФ) | Отлично (сталь справляется со стрессом) | Отличный | Универсальный (вкладыш из ПТФЭ) | Высокий |
| Металлическая-броня (FRP/PTFE) | Отлично (стекловолокно защищает от ультрафиолета) | Хорошо (тепловое расширение FRP лучше соответствует PTFE) | Хороший | Универсальный (вкладыш из ПТФЭ) | Высокий |
Механизм УФ-деградации
Незащищенные полимеры разлагаются под воздействием солнечного УФ-излучения в результате фото-окисления. Полимерные цепи разрываются, вызывая охрупчивание, изменение цвета и возможное растрескивание. ПТФЭ обладает уникальной стойкостью. Связь углерода-фтора сильнее, чем энергия УФ-фотонов в земном солнечном спектре. ПТФЭ не требует УФ-стабилизаторов и не разлагается после десятилетий полного-воздействия солнечных лучей.
ПВДФ поглощает некоторое количество ультрафиолета и требует добавления технического углерода или других стабилизирующих добавок. Правильно стабилизированный ПВДФ может храниться на открытом воздухе годами, но происходит меление поверхности и постепенная потеря свойств. Нестабилизированный ПВДФ может стать хрупким в течение нескольких месяцев.
Металлические-бронированные головки полностью исключают воздействие ультрафиолета на внутренний полимерный вкладыш. Стальной или стеклопластиковый корпус поглощает все ультрафиолетовые лучи. Вкладыш видит только технологическую жидкость.
Термический цикл и механическое воздействие
Наружные установки подвергаются ежедневным термическим циклам. ПТФЭ имеет высокий коэффициент теплового расширения-примерно в 10 раз больше, чем у стали. Все-головки из ПТФЭ значительно расширяются и сжимаются. Гибкость ПТФЭ позволяет компенсировать это перемещение, если соединения трубопроводов имеют элементы расширения. Все головки из-ПТФЭ жестко закреплены, в местах соединений возникает напряжение.
ПВДФ имеет меньший коэффициент расширения, ближе к стали. Термические нагрузки ниже. Болтовые соединения лучше сохраняют крутящий момент при температурных циклах.
В металлических-бронированных головках стальной корпус предотвращает тепловое расширение. Вкладыш из ПТФЭ плавает внутри, изолированный от структурных нагрузок. Фланцевые соединения выполнены из стали-к-стали, что исключает проблему ползучести полимера.
Ударопрочность имеет значение при обслуживании. Упавший ключ может сломать головку, полностью-тефлоновую. ПВДФ лучше противостоит ударам. Металлические-бронированные головки практически не поддаются разрушению при обычном промышленном обращении.
Краткое содержание
Конструкция головки теплообменника из ПТФЭ для гидрометаллургических работ на открытом воздухе сочетает в себе устойчивость к ультрафиолетовому излучению, устойчивость к термоциклированию и механическую долговечность. Все-головки из ПТФЭ обеспечивают универсальную химическую совместимость и отличную устойчивость к ультрафиолетовому излучению, но ограниченную механическую прочность. ПВДФ обеспечивает лучшую жесткость и ударопрочность, а также достаточную химическую совместимость для большинства процессов, использующих серную кислоту-. Металлическая-бронированная конструкция обеспечивает максимальную долговечность при более высокой цене.
Для стационарной наружной установки с высокими требованиями к надежности предпочтительны головки с металлической-бронёй или целиком-из ПТФЭ. ПВДФ подходит для менее ответственных применений с умеренным химическим воздействием.
Инженерные рекомендации по выбору конструкции головки теплообменника из ПТФЭ доступны после предоставления характеристик химического процесса, диапазона температур окружающей среды, воздействия солнечных лучей, оценки механических опасностей и спецификаций трубопроводных соединений.
