Care sunt riscurile de murdărire la viteze scăzute de debit într-un schimbător de PTFE și cum pot fi gestionate?

Dacă debitul este redus la un crawl, scăderea de presiune va fi scăzută, dar va permite, de asemenea, materialelor în suspensie să se aseze și biofilmele să crească pe suprafețele tuburilor PTFE. Un schimbător de PTFE suficient din punct de vedere hidraulic poate deveni un sistem predispus la murdări-dacă viteza scade prea scăzută pentru condițiile de curățare de auto-curățare.

Mecanisme de încrustare în condiții de debit scăzut
Mecanismele de murdărire sunt mult diferite într-un schimbător de PTFE cu murdărie cu viteză redusă de curgere decât în ​​condiții normale de funcționare. Când viteza de pe partea tubului este redusă sub aproximativ 0,5 m/s, energia fluxului nu mai este suficientă pentru a menține particulele suspendate antrenate.

În acest moment particulele solide încep să se depună prin gravitație. Viteza de sedimentare este determinată de mărimea particulelor, densitatea și vâscozitatea fluidului. Particulele mai grele sau mai mari se vor depune mai întâi în zonele cu energie scăzută, cum ar fi fundul tuburilor sau zonele staționare.

Creșterea microbiană poate apărea și dacă nutrienții sunt disponibili în fluidul procesului. În cele din urmă, bacteriile se vor agăța de suprafețe și vor construi biofilme. Aceste biofilme formează un strat izolator care scade eficiența transferului de căldură și afectează rezistența hidraulică.

PTFE are o energie de suprafață scăzută și prezintă în mod natural o aderență mai mică decât suprafețele metalice. Cu toate acestea, PTFE nu previne murdărirea în cazurile în care forțele hidrodinamice nu sunt suficiente pentru a preveni depunerea.

Impactul net este o pierdere treptată a performanței termice și o creștere lentă a căderii de presiune din cauza blocării suprafețelor interne.

Comportamentul de auto-curățare și pragul-debitului
Viteza curgerii este principala caracteristică care guvernează pericolul de murdărie în schimbătoarele de căldură. Peste o valoare critică, forțele de forfecare la nivelul peretelui inhibă depunerea particulelor și îndepărtează continuu straturile de murdărire în stadiu incipient.

Acest efect de autocurățare se pierde sub aproximativ 0,5 m/s. Acest prag este adesea luat ca o limită inferioară practică pentru funcționarea acceptabilă în furnizarea de apă curată. În fluidele cu nămol sau particule încărcate, sunt necesare viteze minime mai mari, în general mai mari de 1,0 m/s, pentru a menține suspensia și pentru a evita sedimentarea.

Îndepărtarea este independentă de timp-și reversibilă peste aceste limite și depinde de timp-și mai greu de inversat sub aceste praguri.

Efectele murdării cu viteză scăzută
Efectele murdării în condiții de debit scăzut includ:

Depunerile izolatoare reduc coeficientul de transfer termic

Canalele de curgere mai mici înseamnă cădere de presiune mai mare

Distribuție inegală a fluxului în fascicule tubulare

Coroziunea accelerată sau deteriorarea indusă de microbi în sistemele vulnerabile

Aceste efecte sunt cumulate, ducând la o scădere a eficienței schimbătoarelor și la o creștere a frecvenței de întreținere.

Alternative de proiectare și atenuare operațională
Gestionarea riscului de viteză scăzută a debitului la schimbătorul de PTFE încrustat implică o combinație de proiectare hidraulică, control chimic și proiectare de întreținere.

Menținerea vitezei minime
Unul dintre obiectivele majore de proiectare este acela de a menține o viteză suficientă pe partea tubului pentru a oferi acțiune de auto-curățare. O regulă de bază bună este:

Minimum tube side velocity >=0.5 m/sec (fluid curat)

Viteza de proiectare preferată Mai mare sau egală cu 1,0 m/s pentru o autocurățare fiabilă-

Operarea pe termen lung-sub aceste niveluri ar trebui evitată în proiectarea sistemului.

Optimizarea diametrului tubului
Viteza pentru un debit dat este direct afectată de diametrul tubului. Pentru un debit volumetric dat, diametrele mai mici ale tubului conduc la viteze mai mari, crescând forțele de forfecare a peretelui și scăzând potențialul de încrustare.

Această metodă de proiectare are adesea mai mult succes decât extinderea dimensiunii tubului, deoarece aceasta ar reduce și mai mult viteza și ar crește riscul de depunere.

Recircularea și controlul debitului
Dacă constrângerile procesului necesită un debit net scăzut, pot fi adăugate bucle de recirculare. Prin creșterea ratelor de circulație internă, menținând în același timp un debit net scăzut, poate fi păstrată o viteză suficientă în interiorul tuburilor schimbătorului.

Acesta este adesea folosit în procese chimice și biochimice sensibile în care debitul global scăzut este inevitabil.

Gestionarea murdăriei chimice
Încrustarile biologice și detartrante sunt adesea controlate prin tehnici de tratament chimic. Acestea sunt:

Biocide pentru controlul creșterii microbiene

Anti-scalanți pentru prevenirea depunerilor de minerale

Tehnici de curățare periodică în loc (CIP).

Controlul chimic este o problemă importantă în multe aplicații industriale, în ciuda calităților scăzute de adeziv ale PTFE.

Design de curățare
Schimbătoarele trebuie să fie construite pentru o curățare mecanică sau chimică ușoară. Aceasta este pentru:

Designuri cu tuburi drepte oriunde este posibil

Inspectarea și spălarea anteturilor accesibile

Compatibilitate cu sistemele CIP.

Mentenabilitatea concepută pentru a reduce timpul de nefuncționare și a minimiza acumularea de murdărie pe termen lung.

Regulă de proiectare-de-degetul mare
Ghidul practic de inginerie pentru a minimiza riscul de murdărire este:

Pentru un comportament optim de auto{0}}curățare, este necesară o viteză minimă pe marginea tubului de aproximativ. 1.0 m/s.

Acest prag oferă o marjă de siguranță care scade sensibilitatea la încărcarea cu particule, formarea de biofilm și distribuția necorespunzătoare a fluxului.

Concluzie
Condițiile de debit scăzut reprezintă o problemă majoră de murdărire pentru schimbătoarele de căldură din PTFE datorită depunerii particulelor și dezvoltării biofilmului atunci când viteza este sub nivelurile critice. Suprafețele PTFE scad tendințele de aderență, dar nu pot compensa forfecarea hidrodinamică insuficientă.

Atenuarea poate fi eficientă dacă sunt luate considerații proactive de proiectare, cum ar fi managementul vitezei, optimizarea dimensionării tuburilor, tratarea chimică și planificarea menținabilității. Cel mai bun control al riscului de murdărire este proiectarea inginerească, nu calitățile anti-adezive ale materialului.

La sfârșitul zilei, cele mai bune sisteme de schimbător de căldură sunt cele construite pentru a evita murdărirea în primul rând, în condițiile de funcționare anticipate, mai degrabă decât cele care depind de măsurile de remediere post-încrustare.