Cum este construit un schimbător de căldură din grafit bloc și care sunt caracteristicile sale unice de asamblare?

Multe schimbătoare de căldură din grafit sunt construite ca un singur bloc cu canale găurite, care seamănă mai mult cu un colector prelucrat decât cu un fascicul de tuburi, spre deosebire de configurația bine-învelișului{-și-de tuburi. Această structură are anumite avantaje în ceea ce privește compactitatea, dar limitează și reparația. În activitățile corozive, unde spațiul este redus sau integritatea scurgerilor este vitală, este necesară cunoașterea procesului de construcție a schimbătoarelor de căldură din grafit bloc pentru a specifica echipamentul adecvat.

Construcția miezului: blocuri forate cimentate în monolit
Procedura începe cu blocuri enorme de grafit impermeabil. Grafitul este făcut rezistent la coroziune prin impregnarea grafitului de carbon poros cu rășină fenolică sau furanică, astfel încât grafitul să fie etanșat împotriva pătrunderii fluidelor. Blocurile sunt găurite cu precizie cu două seturi de găuri perpendiculare, unul pentru fluidul de proces și unul pentru fluidul de serviciu (mediu de încălzire sau de răcire). Cele două canale de fluid sunt în general perpendiculare unul pe celălalt, în unghi drept și nu se intersectează.

Blocurile individuale sunt apoi îngrămădite și cimentate cu un ciment specific de rășină. Cimentul trebuie să aibă același coeficient de dilatare termică ca și grafitul și o rezistență similară la coroziune. Stiva formează un miez de grafit monolit după asamblare și întărire. Stiva de blocuri este terminată cu colectoare (camere de distribuție) care sunt înșurubate la capete, de obicei cu garnituri, pentru a direcționa fluidul în și din canalele forate. Întregul ansamblu este apoi închis într-o carcasă de oțel sau furnizat cu acoperiri exterioare.

Schimbătoare de grafit bloc Caracteristici speciale de asamblare
Modularitate pentru scalare
Natura designului bloc oferă modularitate. Mai multe blocuri pot fi stivuite orizontal sau vertical pentru a îmbunătăți zona de transmitere a căldurii. Pot fi utilizate diferite lungimi de bloc într-o singură carcasă, astfel încât sarcina necesară să poată fi îndeplinită fără a fi necesară fabricarea la comandă. Această modularitate reduce stocul de piese de schimb, deoarece un bloc defect teoretic poate fi schimbat, deși, de fapt, înlocuirea blocului este rareori efectuată, mai ales când se iau în considerare complicațiile legate de lipire.

Compactitate extremă
Întregul volum al blocului este o suprafață activă de transfer de căldură - fiecare centimetru cub are canale care se intersectează, făcând unitatea extrem de compactă. Fără tuburi, deflectoare sau foi de tuburi care să ocupe spațiu. Schimbătorul bloc de grafit poate folosi cu 50-70% mai puțină suprafață a podelei decât schimbătoarele cu carcasă metalică-și tuburi de aceeași sarcină. Această compactitate este utilă în special pentru modernizări sau instalări în instalațiile chimice existente, unde spațiul este limitat.

Eliminarea rosturilor dintre tuburi și foile tubulare
Designul blocului elimină joncțiunile dintre tub-cu-foaia de tub, o cauză comună a scurgerilor în schimbătoarele de căldură convenționale. Fără capete laminate sau sudate mecanic la tub. Grafitul solid formează o barieră între proces și fluidele de serviciu. Garniturile sunt folosite exclusiv la colector-pentru a-bloca conexiunile unde ambele fluide sunt la presiuni diferențiale modeste. Acest lucru minimizează drastic canalele posibile de scurgere și îmbunătățește siguranța cu fluide periculoase sau otrăvitoare.

Fără garnituri între fluidele de service și de proces
O caracteristică majoră de siguranță a designului blocului este că cele două fluxuri de fluid nu sunt separate de garnituri. Blocul de grafit este o barieră monolitică continuă. Garniturile colectoarelor pot avea scurgeri, dar, deoarece camerele colectoarelor sunt izolate, există puține șanse ca fluidele de proces și de serviciu să fie contaminate încrucișat. Această proprietate este deosebit de valoroasă în aplicațiile în care amestecarea celor două lichide ar produce reacții severe sau pierderi de produs.

Limitarea majoră este ne-reparabilitatea
Construcția unică prezintă și o mare limitare. Dacă un bloc se fracturează în interior, ca urmare a șocului termic, a unei supratensiuni sau a solicitărilor mecanice, acesta nu poate fi sudat, petic sau umplut. Pasajele interne nu sunt accesibile pentru reparații. Trebuie să înlocuiți întregul bloc sau întreaga stivă de blocuri. De fapt, aceasta înseamnă, în general, abandonarea întregului schimbător, deoarece înlocuirea blocurilor individuale implică ruperea îmbinărilor lipite și relipirea blocurilor noi, ceea ce este rareori ieftin.

În unele servicii severe, schimbătoarele de bloc sunt, de fapt, componente consumabile. Rezistența la ciclul de temperatură și oboseala mecanică le guvernează viața. Dacă se preconizează crăpare periodică, pot fi prevăzute numeroase blocuri mai mici în paralel, astfel încât o singură defecțiune să nu oprească întregul proces.

Comparație între schimbătoarele de căldură din grafit Shell și Tube
Schimbătoarele de căldură din grafit sunt, de asemenea, construite într-un design de carcasă-și-tub, folosind tuburi de grafit (în mod normal, cu diametrul de 20-50 mm) și foi de tuburi de grafit. Comparația dezvăluie compromisurile:

Caracteristică: Block GraphiteGraphit, carcasă și tub
Densitatea fluxului de căldură Foarte mare (strâns) Moderat
Căi de scurgere Puține (fără joncțiuni de tuburi) Multe (fiecare joncțiune de tuburi)
Reparabilitate Niciuna (blocul fisurat=înlocuit) Bun (tuburi simple pot fi astupate sau înlocuite)
Presiune maximă de funcționare Mai scăzută (adesea 6-10 bar) Mai mare (poate 10-16 bar)
Curăţare / murdărire Găuri blocate mai greu de curățat Este posibilă curățarea mecanică a tuburilor
Sarcini tipice Condens Lichide monofazateRefierbătoare, încălzire, răcire
Schimbătoarele bloc sunt frecvent utilizate pentru activități de condens și lichide monofazate unde șocul termic este controlat eficient. Pentru serviciile în care înfundarea, murdărirea sau ciclul de temperatură reprezintă o preocupare mai mare, sistemele de carcasă și tuburi din grafit sunt favorizate, deoarece tuburile individuale pot fi înlocuite.

Considerații practice pentru specificație
Când luați în considerare construcția schimbătorului de căldură din grafit bloc pentru o anumită sarcină, trebuie luate în considerare următoarele variabile:

Frecvența ciclului termic - Frecvența ciclului crescută crește riscul de fisurare. Design-urile bloc iubesc să ruleze tot timpul.

Tranzitorii de presiune - Picurile bruște de presiune (ciocanul de berbec) pot sparge blocurile. Proiectarea conductelor și reducerea presiunii trebuie să fie corecte.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1–2 mm riscă înfundarea, care nu este ușor de înlăturat.

Criticitatea serviciului - Într-un singur-proces de tren, în care defecțiunea unui schimbător determină oprirea producției, este posibil să nu fie acceptabil să nu se poată repara unitățile bloc. Se recomandă unități redundante sau alt tip de clădire.

Concluzie:
Schimbătorul de căldură din grafit bloc este un design specializat de înaltă performanță, care sacrifică reparabilitatea pentru o compactitate extremă și mai puține rute de scurgere. Construcția sa este formată din blocuri găurite stivuite și lipite pentru a forma un miez monolitic, oferind o densitate mare de transfer de căldură și fără conexiuni tub-la-foaia tubulară. Dar un bloc crăpat nu poate fi reparat, trebuie înlocuit în întregime. Stilul clădirii trebuie să fie în concordanță cu filozofia de întreținere și criticitatea serviciului. Block graphite este o soluție elegantă, care economisește spațiu pentru șoc termic scăzut, activități continue, curate, monofazate. Pentru servicii severe sau legate de-siguranță, unde reparabilitatea este importantă, alte materiale sau grafitul-și-tuburilor pot fi mai potrivite.