Теплообменник из ПТФЭ, который когда-то легко поддерживал температуру процесса, постепенно требует более высокого давления пара или более длительных циклов нагрева. Такое постепенное снижение тепловых характеристик является обычным явлением и обусловлено несколькими предсказуемыми причинами, большинство из которых можно устранить без замены теплообменника. Понимание лежащего в основеПричины потери эффективности теплообменника из ПТФЭобеспечивает целенаправленное восстановление и продление срока службы. В этом руководстве описаны основные причины снижения производительности и представлены практические методы восстановления.
Распространенные причины снижения производительности
Потеря эффективности означает, что теплообменник передает меньше тепла при тех же условиях на входе (скорость потока, температура и давление пара). Четыре фактора являются причиной большинства сбоев на местах.
1. Загрязнение или накипь на поверхности трубок из ПТФЭ.
ПТФЭ (политетрафторэтилен) имеет низкую поверхностную энергию, что препятствует прилипанию многих материалов. Однако ни одна поверхность не является полностью -неприлипающей. В течение месяцев или лет технологические жидкости могут откладывать:
Неорганические весы– Карбонат кальция, сульфат кальция или отложения кремнезема из жесткой воды или рассолов.
Органические пленки– Остатки полимеров, остатки масла или биологическая слизь в охлаждающей воде.
Загрязнение частицами– Мелкие твердые частицы, которые оседают на горизонтальных поверхностях труб или в изгибах труб.
Даже тонкий слой (0,1–0,5 мм) загрязнений с низкой-проводимостью добавляет значительное термическое сопротивление. Например, накипь карбоната кальция толщиной 0,2 мм (проводимость ~2 Вт/м·К) снижает общий коэффициент теплопередачи на 30–50 % во многих теплообменниках из ПТФЭ, поскольку сам ПТФЭ уже имеет низкую теплопроводность (~0,25 Вт/м·К). Слой загрязнения действует как дополнительный изолятор.
Полевые наблюдения:Температура жидкости на выходе со стороны корпуса- падает при постоянном давлении пара, или необходимое давление пара повышается для поддержания той же температуры на выходе.
2. Захваченные неконденсирующиеся газы в паровых-теплообменниках
В паровых-теплообменниках из ПТФЭ (обычно используемых в травильных ваннах, химических реакторах и при переработке отходов) в паровом пространстве могут накапливаться неконденсирующиеся газы (воздух, углекислый газ или азот). Эти газы попадают вместе с подачей пара или просачиваются во время остановов.
Неконденсирующиеся газы покрывают трубки из ПТФЭ, создавая паробарьер, который предотвращает контакт пара с поверхностью трубок. Теплопередача тогда происходит только за счет газовой конвекции, которая на порядки ниже, чем конденсация пара. Небольшой объем захваченного воздуха может снизить эффективность на 50–80%.
Полевые наблюдения:Давление в паровой камере высокое, но температура на выходе конденсата низкая (пар неэффективно конденсируется). Теплообменник издает шипящий или шипящий звук.
3. Обход потока из-за повреждения перегородок или отсутствия уплотнительных полос.
В кожухо-и-теплообменниках из ПТФЭ перегородки направляют жидкость со стороны кожуха- через пучок труб. Если перегородки ослабляются, подвергаются коррозии или физически повреждаются, жидкость идет по пути наименьшего сопротивления – минуя пучок труб через зазор между перегородкой и стенкой корпуса.
Отсутствие уплотнительных полос (плоских стержней, закрывающих зазор между трубным пучком и кожухом) также позволяет осуществлять обход. До 30 % бокового потока-корпуса может проходить в обход трубок в теплообменниках, которые плохо обслуживаются, прямо пропорционально снижая теплопередачу.
Полевые наблюдения:Падение давления на стороне корпуса ниже исторических значений для того же расхода (что указывает на меньшее сопротивление). Изменение температуры жидкости на стороне корпуса- меньше ожидаемого.
4. Снижение скорости потока (со стороны корпуса или со стороны трубы)
Частично засоренный сетчатый фильтр, изношенное рабочее колесо насоса или закрытый ручной клапан могут снизить скорость потока по обе стороны теплообменника. Коэффициенты теплопередачи сильно зависят от скорости жидкости. При уменьшении скорости толщина пограничного слоя увеличивается, а общий коэффициент теплоотдачи падает.
Опыт эксплуатации показывает, что уменьшение бокового потока в трубе-на 50 % может снизить коэффициент теплопередачи на 30–40 %. Проблему часто принимают за засорение, но она чисто гидравлическая.
Полевые наблюдения:Расходомеры показывают расход ниже-чем-обычного. Давление нагнетания насоса может быть низким (изношенное рабочее колесо) или высоким (забит сетчатый фильтр или частично закрыт клапан).
Диагностический подход
Прежде чем приступать к восстановлению, необходимо выявить причину. В следующей таблице симптомы связаны с вероятными причинами и рекомендуемыми проверками.
| Симптом | Вероятная причина | Первоначальная проверка |
|---|---|---|
| Постепенное снижение в течение недель/месяцев; никаких внезапных изменений | Загрязнение/накипь | Сравните чистое и текущее падение давления; осмотр поверхности труб |
| Внезапное падение после прерывания подачи пара или технического обслуживания. | Захваченные неконденсирующиеся вещества | Выпустить паровую камеру в самой высокой точке; прислушиваться к выбросу газа |
| Низкое ΔT на стороне корпуса- при нормальном расходе; низкий перепад давления | Обход потока | Осмотр перегородок и уплотнительных полос во время остановки |
| Низкая скорость потока с одной стороны; насос борется | Пониженный поток (фильтр, насос, клапан) | Проверьте корзины сетчатого фильтра, износ крыльчатки насоса, положение клапана. |
| Отсутствие конденсации пара; высокое давление пара в груди | Неконденсирующиеся вещества или резервный конденсат | Проверьте работу конденсатоотводчика и вентиляции. |
Замечено, что несколько причин могут сосуществовать. Например, загрязненный теплообменник также может содержать воздух, если вентиляционное отверстие не используется.
Методы восстановления
Химическая очистка от загрязнения и накипи
Поскольку трубки из ПТФЭ химически инертны, можно безопасно использовать агрессивную кислотную очистку, не повреждая трубки. Однако металлический корпус, трубные решетки и прокладки могут оказаться уязвимыми. Совместимость должна быть проверена.
Распространенные чистящие средства:
| Тип депозита | Рекомендуемое чистящее средство | Температура | Продолжительность |
|---|---|---|---|
| Накипь карбоната кальция | 5–10% муравьиная или сульфаминовая кислота | 40–60 градусов | 2–4 часа |
| Оксид железа/ржавчина | 5% щавелевая кислота или лимонная кислота | 60–80 градусов | 4–6 часов |
| Органические пленки (масляные, полимерные) | Щелочное моющее средство (pH 10–12) или растворитель (например, изопропанол) | 50–70 градусов | 2–3 часа |
| Биологическая слизь | Гипохлорит натрия (200–500 ppm) | Окружающий | 1–2 часа, затем тщательно промыть. |
Процедура очистки-на месте:
Теплообменник изолирован и опорожнен.
Чистящий раствор циркулирует по загрязненной стороне (кожух или трубка) с низкой скоростью.
Раствор нагревают (при необходимости) с помощью внешнего источника тепла.
После циркуляции теплообменник тщательно промывают водой до нейтрального значения pH.
Тест производительности проводится с использованием чистой воды или технологической жидкости для подтверждения восстановленной эффективности.
Во многих случаях одна химическая очистка восстанавливает 90–100% исходной способности теплопередачи.
Удаление неконденсирующихся газов из паровых-теплообменников
Захваченные неконденсирующиеся вещества представляют собой проблему, которую легче всего устранить. Вентиляционные отверстия для пара должны располагаться в самой высокой точке паровой камеры (паровая-боковая оболочка). В этом месте устанавливается ручной или автоматический вентиляционный клапан.
Процедура вентиляции:
При подаче давления пара выпускной клапан слегка приоткрывается.
Пару дают выходить в течение 30–60 секунд. При наличии воздуха произойдет выброс смеси воздуха и пара (слышное шипение). Когда выходит только чистый пар (сухой, тихий поток), воздушник закрывается.
Для автоматических воздухоотводчиков (термостатических или поплавковых-типов) клапан проверяется на правильность работы. Застрявшее закрытое вентиляционное отверстие – частая поломка.
Для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать непрерывный автоматический воздухоотводчик, стравливающий небольшое количество пара (например, 0,5% от общего потока пара). Это предотвращает накопление с течением времени.
Восстановление целостности потока: ремонт перегородки и уплотнительной ленты
Байпас потока требует механического осмотра во время планового отключения. Крышку корпуса снимают, а пучок труб извлекают (для съемных конструкций пучка) или осматривают на месте.
Действия по восстановлению нормального кровотока:
Поврежденные перегородки– Погнутые или корродированные перегородки заменяются. Ослабленные перегородки повторно-привариваются или-прикрепляются к тягам.
Отсутствуют уплотнительные ленты– Новые уплотнительные ленты (обычно тефлоновые или металлические) устанавливаются в пазы на внешней периферии перегородок. Эти полоски закрывают кольцевой зазор между пучком и оболочкой.
Объездные полосы– В теплообменниках с продольными перегородками зазор на обводной полосе герметизируется заглушками или заливочными стержнями.
После ремонта падение давления на корпусе-при известном расходе должно вернуться к историческим значениям, что указывает на устранение байпаса.
Решение проблемы снижения скорости потока
Проблемы с расходом устраняются путем проверки гидравлического контура:
Засоренный фильтр– Всасывающий фильтр насоса очищается или заменяется.
Изношенная крыльчатка насоса– Измеряется производительность насоса (расход в зависимости от напора). Изношенную крыльчатку заменяют.
Частично закрытый клапан– Все ручные клапаны в контуре должны быть полностью открыты. Клапаны автоматического управления передвигаются для подтверждения полного хода.
Трубка-засорена сбоку– Отдельные трубки из ПТФЭ могут быть заблокированы твердым мусором. В таких случаях производят механическую стержневую очистку или гидробластинг (осторожно, чтобы не допустить разрыва трубки).
Восстановление расчетного расхода обычно возвращает коэффициент теплопередачи к исходному значению при условии отсутствия загрязнения.
Программа профилактического обслуживания
Программа профилактического обслуживания предотвращает потерю эффективности и продлевает срок службы теплообменника. Рекомендуемые действия включают в себя:
Ежемесячно– Запишите давление пара, температуру на выходе процесса и скорость потока. Сравните с базовым уровнем.
Ежеквартальный– Провентилируйте паровой бак (если он-нагрет паром). Осмотрите сетчатые корзины.
Ежегодно– При подозрении на загрязнение выполните химическую очистку. Измерьте падение давления на корпусе-при фиксированном расходе, чтобы обнаружить перепуск.
Каждые 3–5 лет– Внутренний осмотр перегородок, уплотнительных полос и состояния трубок.
Заключение
Большинство потерь эффективности в теплообменниках из ПТФЭ обратимы при правильном обслуживании. Загрязнение и накипь возникают при химической очистке с использованием кислот или растворителей, безопасных для ПТФЭ, но совместимых с металлическими компонентами. Захваченные неконденсирующиеся газы устраняются путем надлежащего удаления воздуха из паровой камеры. Обвод потока из-за поврежденных перегородок или отсутствия уплотнительных полос требует механического ремонта. Снижение расхода из-за засорения сетчатого фильтра или износа насоса устраняется путем восстановления гидравлических характеристик. Раннее вмешательство предотвращает более серьезные повреждения, такие как разрыв трубки или коррозия корпуса. Программа профилактического обслуживания, включающая регулярную вентиляцию, мониторинг падения давления и периодическую очистку, гарантирует, что теплообменник из ПТФЭ сохранит свою первоначальную эффективность в течение многих лет. Понимание общегоПричины потери эффективности теплообменника из ПТФЭявляется первым шагом на пути к эффективному восстановлению и надежной работе технологического процесса.
