Cum limitează șocul mecanic și vibrațiile aplicarea schimbătoarelor de căldură din grafit?

Grafitul este o substanță asemănătoare ceramicii, care este puternică la compresie, dar fragilă. O singură zguduire sau o creștere a presiunii sau o vibrație continuă poate fractura un schimbător de grafit și poate cauza defectarea catastrofală, într-un mod în care tuburile flexibile din PTFE nu ar face niciodată. 9. Grafitul are o rezistență excelentă la coroziune și conductivitate termică, dar este fragil din punct de vedere mecanic și, prin urmare, destul de limitat în ceea ce privește locul în care poate fi instalat în siguranță. Înțelegerea limitelor schimbătorului de căldură din grafit șoc mecanic este importantă în selectarea echipamentelor care vor fi fiabile pe durata de viață specificată.

Grafitul este fragil, fără ductilitate, fără avertismente
Grafitul nu are practic nici o ductilitate sau comportament de curgere înainte de fractură. În timp ce metalele sunt deformabile plastic și se întind sub presiune, iar PTFE se alungește mult înainte de rupere, grafitul este un solid fragil. Nu este nici flexibil, nici elastic. Se rupe. Rezistența la tracțiune a grafitului impermeabil este de obicei de 10-20 MPa, similară cu cea a PTFE. Cu toate acestea, capacitatea PTFE de a se deforma plastic și de a absorbi energie înseamnă că este mult mai rezistent la impact. Grafitul, pe de altă parte, acumulează energie elastică până când este atins un nivel critic de stres, apoi se rupe brusc fără nicio deformare antecedentă.

O astfel de fragilitate face schimbătoarele de căldură din grafit incapabile să reziste la sarcini mecanice rapide, impacturi puternice sau cicluri repetitive de stres. Suprapresiunea sau vibrațiile moderate în timp pot provoca fisuri care se propagă prin blocuri, tuburi sau foi de tuburi.

Pericole mecanice speciale pentru schimbătoarele de căldură din grafit
Ciocan de apă Valul secret de presiune
O oprire bruscă a fluxului, pornirea pompei sau închiderea supapei produce o undă de presiune care se deplasează prin conducte cu viteza sunetului. Acest impuls de lovitură de berbec poate crea presiuni de câteva ori mai mari decât presiunea de proiectare a sistemului. Un astfel de impuls puternic poate sparge instantaneu blocuri sau tuburi pentru un schimbător de grafit. Grafitul este asemănător ceramicii-în natură și nu absoarbe energia unei valuri de presiune prin deformare elastică. Unda de presiune găsește un punct slab, de obicei în jurul conexiunilor duzei sau colțurilor blocurilor și începe să se rupă.

Grafitul este o alegere cu risc ridicat în orice sistem în care lovirea de berbec este posibilă. Cauzele tipice ale loviturilor de berbec sunt conductele de abur de condensare, cursele lungi de conductă cu supape de închidere rapidă-și conductele de refulare a pompei dimensionate necorespunzător. Un schimbător de căldură din grafit poate fi deteriorat intern printr-un singur eveniment sever, chiar și atunci când nu există o deteriorare exterioară evidentă.

Oboseala prin vibrații a echipamentelor rotative
Pompele, compresoarele, agitatoarele și mașinile de filat din jur transferă vibrații continue prin conductă și carcasa schimbătorului. Această vibrație mecanică poate solicita componentele din grafit de-a lungul timpului, în special la îmbinări, conexiunile dintre tub-la-foaia tubulară sau atunci când conductele inflexibile sunt conectate direct la duzele schimbătorului. Vibrațiile nu trebuie să fie violente; amplitudine moderată, oscilații de înaltă frecvență pot produce microfisuri care se propagă constant până când apare o fractură completă.

Schimbătoarele de grafit au nevoie de un mediu de service mecanic „liniștit”. Montarea acestuia pe același patin ca o pompă alternativă sau chiar lângă un ventilator dezechilibrat este o rețetă pentru defecțiunea prematură. În unele situații, frecvențele inerente ale tuburilor sau blocurilor de grafit pot fi excitate chiar și prin vibrația indusă de curgere a fluidului turbulent care curge prin canalele schimbătorului.

Daune prin manipulare și îngrijire
Friabilitatea afectează și instalarea și întreținerea. O unealtă căzută, lovirea unei duze din grafit, flanșa de țeavă grea scoasă din aliniament, chiar și strângerea excesivă a elementelor de fixare de pe un capac poate genera o fisură. Schimbătoarele de metal pot fi manipulate greu în timpul asamblarii, în timp ce unitățile din grafit trebuie manipulate cu grijă. O altă preocupare majoră este deteriorarea transportului: un palet căzut în timpul descărcarii poate sparge un bloc de grafit înainte ca acesta să fie în funcțiune.

Acțiuni de atenuare a schimbătorului de grafit
Dacă schimbătoarele de căldură din grafit urmează să fie utilizate în locații în care pot exista șocuri mecanice sau vibrații, există o serie de proceduri de proiectare și instalare care ar putea atenua riscul:

Măsura de reducere a pericolelor
Lovitură de berbec Folosiți supape cu închidere lentă, supresoare de supratensiune sau acumulatori. Nu utilizați supape solenoide pe fluxul de fluid în schimbător care se închid rapid. Proiectați conductele pentru a minimiza fluctuațiile rapide ale debitului.
Vibrația conductelor Așezați conectori flexibili (furtunuri metalice împletite sau îmbinări de dilatare) între conductele rigide și duzele schimbătorului. Sprijinirea conductelor separat, aproape de schimbător, pentru a preveni transmiterea sarcinii.
Vibrația pompelor sau compresoarelor Izolați schimbătorul pe suporturi amortizate de vibrații. Schimbătorul este separat de utilajele vibratoare cu 2 până la 3 metri de conducte flexibile.
Protecție la impact Instalați apărătoare sau cuști în jurul duzelor sensibile. Marcați urechile de ridicare direct pe carcasa schimbătorului. Instruiți profesioniștii de întreținere cu privire la tehnicile de manipulare adecvate.
Șoc termic Controlați vitezele de încălzire și răcire (de obicei<5–10°C/min). Never infuse cold fluid into a hot exchanger abruptly.
Chiar și cu acești pași, nicio atenuare nu poate reduce total riscul prezentat de solicitarea mecanică. Pentru aplicațiile în care loviturile de berbec sau vibrațiile extreme nu pot fi evitate în siguranță, ar trebui investigate alte materiale, cum ar fi fasciculele de tuburi PTFE sau schimbătoarele cu carbură de siliciu.

Când grafitul funcționează-și când nu funcționează
Schimbătoarele de căldură din grafit sunt bune pentru instalații stabile mecanic cu vibrații reduse-, cu flux constant de fluid, fără supratensiuni și operatori atenți. Aplicațiile tipice acceptabile sunt:

Lichid de încălzire sau de răcire în stare de echilibru{0}}în reactoare chimice

Condensarea vaporilor puri prin scurgere gravitațională

Serviciu refierbător cu intrare termică controlată

Aplicații inaplicabile:

Sisteme de condens susceptibile la ciocanul de abur

Instalații în aval de pompele alternative

Echipamente mobile sau maritime vulnerabile la mișcare și șocuri

Orice service care nu are conectori flexibili sau suporturi adecvate pentru sistemul de conducte.

Comparație cu PTFE: rezistență chimică vs tenacitate mecanică
Comparația cu ptfe este grăitoare. Legăturile de tuburi din PTFE se îndoaie atunci când apar supratensiuni și absorb șocul mecanic fără deteriorare. PTFE poate suporta vibrații frecvente și abuzuri moderate de manipulare. Dar PTFE nu poate funcționa la aceleași temperaturi ridicate ca și grafitul și nu are aceeași conductivitate termică ridicată. Decizia între grafit și PTFE este, de obicei, un schimb-între performanța chimică/termică (grafit) și robustețea mecanică (PTFE).

Rezumat
fragilitatea grafitului limitează aplicarea acestuia la instalațiile solide, cu vibrații reduse-, în timp ce PTFE este mult mai îngăduitor. Lovitura de berbec, vibrațiile și daunele de impact sunt provocări reale pentru integritatea schimbătoarelor de căldură din grafit. Un bloc sau un tub fracturat nu poate fi fixat și, de obicei, unitatea trebuie înlocuită. Deci mediul mecanic este la fel de esențial ca mediul chimic în alegerea materialului. Dinamica conductelor, timpii de acționare a supapelor, mașinile rotative din jur și procedurile de manipulare trebuie evaluate în mod adecvat înainte de a specifica un schimbător de căldură din grafit. Dacă șocurile mecanice nu pot fi evitate, în afară de defecțiuni catastrofale și timpi neprevăzuți, ar trebui luate în considerare materialele rezistente la coroziune-sau un alt design al schimbătorului.