De ce schimbătoarele de căldură PTFE dezvoltă scurgeri de by-pass și cum se corectează?

Scurgerea prin ocolire nu este o scurgere în mediul exterior, ci un fluid intern scurt-cut-cochii-care curge în jurul fasciculului de tuburi în loc de prin acesta. Această ocolire internă reprezintă o pierdere a suprafeței de transfer de căldură și o reducere a eficacității schimbătorului, dar nu este vizibilă din exterior. Este important să cunoașteți rutele și cauzele problemelor la schimbătorul de căldură PTFE cu scurgeri de bypass pentru a diagnostica pierderea de performanță și pentru a planifica reparații cu succes. Acest articol discută canalele comune de scurgere, cauzele scurgerilor și pașii de reparare pentru a restabili performanța termică.

Scurgeri de bypass: ce este și de ce contează?
Într-un schimbător de căldură cu carcasă-și-tub, fluidul lateral-carcasa trebuie să curgă prin fascicul de tuburi, îndreptat de deflectoare. Scurgerea prin bypass are loc atunci când o parte din acel fluid nu atinge tuburile, deoarece curge pe o cale mai scurtă, cu rezistență mai mică. Fluidul părăsește schimbătorul cu o schimbare de temperatură mică sau zero, ceea ce scade viteza totală de transfer de căldură.

Scurgerile de by-pass sunt dăunătoare, în special pentru schimbătoarele de căldură din PTFE care au deja o conductivitate termică mai mică decât unitățile metalice. Debitul de bypass de 20% poate reduce coeficientul efectiv de transfer de căldură cu 25-35%, deoarece fluidul bypass nu participă la schimbul de căldură. Problema este internă și nu poate fi găsită prin inspecție vizuală externă sau testări de presiune, doar prin monitorizarea performanței termice sau examinarea internă.

Căi de scurgere de derivație primară a schimbătorului de căldură PTFE
Fluidul lateral-cochiliei poate ocoli fasciculul de tuburi în trei moduri diferite.

1. Pachetul-la-eliberarea shell (bypass anular)
Există întotdeauna un spațiu între tuburile cele mai exterioare și peretele interior al carcasei. Acest spațiu inelar este necesar pentru introducerea și îndepărtarea fasciculului de tuburi. Acest gol este umplut într-un schimbător bine construit cu benzi de etanșare (uneori numite etanșări de bypass) sau tuburi false care restricționează fluxul. Benzile de etanșare sunt adesea bare plate de oțel sau benzi umplute cu PTFE-, fixate pe deflectoare, proeminente spre exterior și în contact cu peretele carcasei.

Când benzile de etanșare lipsesc, sunt uzate sau rupte, fluidul de pe partea carcasei curge cu ușurință prin golul inelar fără a intra în fascicul de tuburi. Acesta este drumul ocolitor principal.

2. Degajare între deflectoare și carcasă
Deflectoarele nu se potrivesc strâns în carcasă. Este prevăzut un spațiu mic (de obicei 1–3 mm) pentru a permite asamblarea și expansiunea termică. Fluidul poate curge peste marginile fiecărei deflectoare, în special pe partea de sus și de jos unde are loc tăierea deflectorului. Scurgerea în schimbătoarele noi este modestă (2-5% din debitul total). Dacă oricum deflectoarele devin deteriorate, răsucite, corodate sau erodate, spațiul liber va crește și debitul de ocolire va crește considerabil.

Ciocanul de abur (ciocanul de abur), obiectele străine transportate în fluidul din partea carcasei și coroziunea componentelor deflectoarelor metalice pot cauza deteriorarea deflectoarelor PTFE ale schimbătorului de căldură (tuburile PTFE în sine nu se corodează, dar deflectoarele metalice și plăcile de susținere pot).

3. Distanța între tub și deflector
Fiecare deflector are o gaură prin care curge un tub de PTFE. Pentru a permite mișcarea tubului flexibil din PTFE și pentru a preveni legarea în timpul expansiunii termice, este necesar un spațiu de 0,2 până la 0,5 mm. Aceste mici găuri inelare pot permite fluidului să scape. Scurgerile de la tub la deflector contribuie, în general, minor la ocolire în majoritatea modelelor (de obicei<5% of total bypass) due of the pressure drop across each baffle forcing flow down the many tube holes. However, the cumulative effect can be significant in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.

Motive pentru schimbătoarele de căldură cu scurgeri de bypass din PTFE
Examenul intern evidențiază de obicei una sau mai multe dintre următoarele condiții:

Frizerie uzată sau lipsă
Benzile de etanșare sunt fixate pe deflectoare cu șuruburi, cleme sau sudură. Șuruburile se pot slăbi în timp, clemele se pot defecta sau benzile în sine se pot coroda sau degrada. În anumite pachete-reparate în câmp, benzile de etanșare pot să nu fi fost re-instalate după re-tubulatură. Este o descoperire obișnuită că benzile de etanșare sunt prezente doar pe câteva dintre deflectoare sau sunt complet absente.

Deflectoare deteriorate,
Deflectoarele pot fi sparte de:

Ciocan cu abur – Undele de șoc repetate pot îndoi sau sparge deflectoarele metalice din apropierea deschiderilor tubului.

Coroziune - Deflectoarele din oțel se pot subția și își pot pierde forma în cazul utilizării corozive (chiar și cu tuburi PTFE) .

Impact mecanic - Deflectoarele pot fi îndoite în timpul introducerii sau scoaterii pachetului dacă nu sunt aliniate corect.

Nu se mai potrivește perfect pe carcasă, un deflector îndoit creează un spațiu liber considerabil. Un deflector spart poate avea părți lipsă care vor permite curgerea.

Distanță mare pentru carcasă de la designul original
Unele dintre schimbătoarele de căldură din PTFE cu costuri reduse-sunt construite cu un spațiu liber prea mare-la-înveliș pentru a facilita fabricarea. Poate exista un spațiu de 10 mm sau mai mult. Benzile de etanșare lipsesc sau sunt prea mici. În aceste situații, scurgerea prin bypass este o caracteristică de proiectare și nu poate fi eliminată complet fără o reproiectare majoră.

Cum să diagnosticați scurgerile de bypass fără a deschide schimbătorul
Dacă se suspectează o scurgere de by-pass:

Rata de transfer de căldură, calculată din temperaturile de intrare/ieșire și debitele, este mult mai mică decât cifra de proiectare, chiar dacă tuburile sunt curate și nu există scurgeri exterioare.

Căderea de presiune pe partea carcasei este mai mică decât citirile istorice la același debit. Mai puțină cădere de presiune înseamnă că fluidul curge printr-un canal cu rezistență mai mică (bypass).

Schimbarea de temperatură a fluidului-laterală a carcasei (ΔT) nu este cea așteptată, iar temperatura de ieșire-din partea tubului este în mod similar în afara țintei.

În primul rând, este vital să excludem explicații alternative pentru performanța slabă: murdărire, substanțe ne-condensabile prinse sau debite mai mici. Dacă acestea dispar, atunci probabil că este o scurgere de bypass.

Bypass acțiunile corective de scurgere
Reparația corectă depinde de severitatea și accesibilitatea fasciculului de tuburi.

1. Înlocuirea benzilor de etanșare (remedierea cea mai comună)
Pentru schimbătoarele cu fascicule de tuburi detașabile, benzile de etanșare pot fi introduse sau îndepărtate în timpul unei opriri planificate. Procesul este:

Capacul carcasei este îndepărtat și fasciculul de tuburi este scos.

Deflectoarele sunt inspectate. Curățați resturile și coroziunea de pe canelurile benzii de etanșare existente.

Noile benzi de etanșare (adesea țesătură impregnată cu PTFE, benzi metalice cu arc sau bare solide din PTFE) sunt tăiate la lungimea necesară și montate în fantele de pe fiecare deflector. Benzile trebuie să iasă în afară pentru a intra în contact cu peretele interior al carcasei cu o potrivire de interferență mică (compresie de 0,2-0,5 mm).

Benzile sunt ținute în poziție cu șuruburi sau prin șlefuirea marginilor deflectorului (pentru benzi metalice). Unele modele țin benzile prin presiunea carcasei împotriva deflectorului.

Pachetul este reinstalat și schimbătorul este testat.

Această reparație recuperează în mod normal 90-100% din performanța pierdută dacă deflectoarele nu sunt deteriorate.

2. Repararea sau înlocuirea deflectorului
Benzile de etanșare singure nu pot fixa deflectoarele care sunt îndoite, fracturate sau corodate. Deflectoarele deteriorate trebuie reparate sau înlocuite. Pentru schimbătoarele de căldură PTFE, deflectoarele sunt în general realizate din metal (oțel inoxidabil sau oțel carbon) care pot fi:

Îndreptat -- Îndoirile mici pot fi împinse plat într-o presă hidraulică.

Sudate - Fisurile sunt sudate și măcinate neted. Aveți grijă să nu denaturați deflectorul.

Înlocuit – Deflectoarele grav deteriorate sunt tăiate din pachet și noi deflectoare sunt filetate pe tuburile PTFE. Aceasta este o operație-intensă de muncă, adesea efectuată în timpul unei retuburi complete.

După repararea deflectorului, sunt instalate noi benzi de etanșare.

3. Shell-Ajustarea debitului lateral (atenuare temporară)
Pentru situațiile în care dezasamblarea imediată nu este posibilă, ajustările de funcționare pot compensa parțial scurgerea prin bypass. Creșterea debitului-partea carcasei crește viteza atât prin fascicul de tuburi, cât și prin golurile de ocolire. Deoarece căderea de presiune crește odată cu pătratul vitezei, un debit mai mare poate îmbunătăți proporția de fluid care traversează efectiv tuburile. Cu toate acestea, acest lucru nu fixează cauza principală și crește energia de pompare. Este considerată doar o măsură temporară.

4. Reproiectare pentru probleme severe de autorizare
În schimbătoarele cu spațiu liber supradimensionat în mod inerent al carcasei (design original slab), se poate încerca montarea ulterioară cu benzi de etanșare mai groase sau instalarea de tuburi false în spațiul inelar. Tuburile false sunt lungimi scurte de tuburi PTFE care sunt plasate în găurile cele mai exterioare ale tubului, dar sunt sigilate la capetele foii tubulare, astfel încât să nu curgă fluid prin ele. Ocupă spațiu și blochează bypass-ul. Această abordare necesită găuri suplimentare în deflectoare și foi de tub și este de obicei realizată de un atelier de reparații specializat.

Descriere-diagramă în secțiune transversală (reprezentare text)
Următoarea descriere ilustrează căile de ocolire într-un schimbător de căldură-și-tuburilor tipice din PTFE, așa cum sunt văzute într-o secțiune transversală-:

Cercul exterior reprezintă peretele interior al cochiliei.

În interior, o matrice circulară de cercuri mici reprezintă tuburile PTFE.

Distanța dintre cercurile cele mai exterioare ale tubului și peretele interior al carcasei este distanța dintre pachetul-la-cochilie (calea de ocolire inelară). Într-un schimbător bine proiectat-, benzi de etanșare (descrise ca dreptunghiuri mici atașate la deflector) ies în afară în acest spațiu, aproape atingând peretele carcasei.

Un deflector este afișat ca o linie orizontală care traversează interiorul carcasei, cu decupaje (fereastra deflectorului) în partea de sus și de jos. Fluidul care curge în jurul marginilor deflectorului-prin deflector-la-degajarea cochiliei-este arătat ca săgeți care trec între vârful deflectorului și peretele carcasei.

Săgețile mici dintre tuburile individuale și deflector reprezintă scurgerile din tub-la-deflector.

Benzile de etanșare blochează bypass-ul inelar. Când lipsesc, săgețile mari indică fluxul neobstrucționat prin golul inelar.

Prevenirea scurgerilor de bypass
Scurgerile de by-pass sunt cel mai bine prevenite în timpul proiectării și asamblarii inițiale:

Specificați construcția TEMA clasa R sau B – Aceste standarde definesc distanțe maxime și necesită benzi de etanșare pentru diametrele carcasei peste o anumită dimensiune.

Utilizați benzi de etanșare duble – Două rânduri de benzi de etanșare per deflector asigură redundanță.

Inspectați benzile de etanșare în timpul retubării – Orice benzi lipsă sau deteriorate sunt înlocuite înainte de reasamblare.

Evitați ciocanul de berbec – După cum se discută în ghidurile aferente, ciocanul cu abur deteriorează deflectoarele și slăbește atașamentele benzii de etanșare.

O inspecție internă periodică (la fiecare 3-5 ani) ar trebui să includă verificarea etanșeității benzilor de etanșare și a stării deflectoarelor. Dacă se suspectează mai devreme o scurgere de derivație, un test de cădere de presiune la un debit cunoscut poate fi comparat cu datele de referință.

Concluzie
Scurgerea prin bypass este o problemă de proiectare și întreținere care degradează performanța schimbătorului de căldură PTFE în mod silențios. Căile principale sunt degajarea pachetului-la-cochilie (ocolire inelară) și spațiul liber-la-cochilie. Benzile de etanșare lipsă sau uzate și deflectoarele deteriorate sunt cele mai frecvente cauze. Inspecția internă dezvăluie adesea aceste probleme. Acțiunile corective includ înlocuirea benzilor de etanșare, repararea sau înlocuirea deflectoarelor deteriorate și, ca măsură temporară, creșterea debitului lateral-carcasai. Pentru probleme severe de degajare, pot fi necesare tuburi false sau reproiectare. O problemă a schimbătorului de căldură PTFE cu scurgeri de bypass poate reduce transferul de căldură cu 10–30%, dar majoritatea cazurilor sunt complet corectabile în timpul unei întreruperi planificate. Fabricarea corectă cu benzi de etanșare adecvate și inspecții interne periodice păstrează eficiența termică și prelungesc durata de viață.