Πώς κατασκευάζεται ένας εναλλάκτης θερμότητας μπλοκ γραφίτη και ποια είναι τα μοναδικά χαρακτηριστικά συναρμολόγησης του;

Πολλοί εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη κατασκευάζονται ως ένα ενιαίο μπλοκ με διάτρητα κανάλια, που μοιάζουν περισσότερο με μια επεξεργασμένη πολλαπλή παρά με μια δέσμη σωλήνων, σε αντίθεση με τη διαμόρφωση-γνωστού κελύφους-και-σωλήνων. Αυτή η δομή έχει ορισμένα πλεονεκτήματα στη συμπαγή, αλλά επίσης περιορίζει την επισκευή. Σε διαβρωτικές δραστηριότητες, όπου ο χώρος είναι υψηλότερος ή η ακεραιότητα διαρροής είναι ζωτικής σημασίας, απαιτείται γνώση της διαδικασίας κατασκευής εναλλάκτη θερμότητας μπλοκ γραφίτη για τον καθορισμό του κατάλληλου εξοπλισμού.

Κατασκευή πυρήνα: Τσιμεντοειδείς τρυπημένοι μπλοκ σε μονόλιθο
Η διαδικασία ξεκινά με τεράστια μπλοκ αδιαπέραστου γραφίτη. Ο γραφίτης καθίσταται ανθεκτικός στη διάβρωση με εμποτισμό του πορώδους άνθρακα γραφίτη με φαινολική ή φουρανική ρητίνη έτσι ώστε να σφραγίζεται ο γραφίτης έναντι της διείσδυσης ρευστών. Τα μπλοκ τρυπούνται με ακρίβεια με δύο σετ κάθετων οπών, μία για το υγρό διεργασίας και μία για το υγρό συντήρησης (μέσο θέρμανσης ή ψύξης). Τα δύο κανάλια ρευστού είναι γενικά κάθετα μεταξύ τους, σε ορθή γωνία και δεν διασταυρώνονται.

Τα μεμονωμένα μπλοκ στη συνέχεια στοιβάζονται και τσιμεντώνονται με ένα συγκεκριμένο τσιμέντο από ρητίνη. Το τσιμέντο πρέπει να έχει τον ίδιο συντελεστή θερμικής διαστολής με τον γραφίτη και παρόμοια αντίσταση στη διάβρωση. Η στοίβα σχηματίζει έναν μονολιθικό πυρήνα γραφίτη μετά τη συναρμολόγηση και τη σκλήρυνση. Η στοίβα μπλοκ τερματίζεται με κεφαλίδες (θάλαμοι διανομής) οι οποίοι βιδώνονται στα άκρα, συνήθως με παρεμβύσματα, για τη διοχέτευση του υγρού μέσα και έξω από τα διάτρητα κανάλια. Ολόκληρο αυτό το συγκρότημα περικλείεται στη συνέχεια σε χαλύβδινο κέλυφος ή παρέχεται με εξωτερικά καλύμματα.

Αποκλεισμός ειδικών δυνατοτήτων συναρμολόγησης εναλλάκτη γραφίτη
Modularity για κλιμάκωση
Η φύση του σχεδιασμού του μπλοκ παρέχει αρθρωτότητα. Πολλά μπλοκ μπορούν να στοιβάζονται οριζόντια ή κάθετα για να βελτιωθεί η περιοχή μετάδοσης θερμότητας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά μήκη μπλοκ μέσα σε ένα μόνο κέλυφος, έτσι ώστε να μπορεί να εκπληρωθεί η απαιτούμενη εργασία χωρίς την ανάγκη για κατά παραγγελία κατασκευή. Αυτή η αρθρωτότητα μειώνει το απόθεμα ανταλλακτικών καθώς ένα ελαττωματικό μπλοκ μπορεί, θεωρητικά, να αλλάξει, αν και στην πραγματικότητα η αντικατάσταση μπλοκ σπάνια πραγματοποιείται, ειδικά όταν εξετάζονται επιπλοκές συγκόλλησης.

Εξαιρετική Συμπαγότητα
Ολόκληρος ο όγκος του μπλοκ είναι μια ενεργή επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας – κάθε κυβικό εκατοστό έχει τεμνόμενα κανάλια, καθιστώντας τη μονάδα εξαιρετικά συμπαγή. Χωρίς σωλήνες, διαφράγματα ή φύλλα σωλήνων για να πιάνουν χώρο. Ο εναλλάκτης γραφίτη μπλοκ μπορεί να χρησιμοποιεί 50-70% μικρότερη επιφάνεια δαπέδου από τους εναλλάκτες μεταλλικού κελύφους-και σωλήνων ίδιας λειτουργίας. Αυτή η πυκνότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για μετασκευές ή εγκαταστάσεις σε υπάρχουσες χημικές εγκαταστάσεις όπου ο χώρος είναι υψηλός.

Εξάλειψη των αρμών μεταξύ σωλήνων και φύλλων σωλήνων
Ο σχεδιασμός του μπλοκ εξαλείφει τις διασταυρώσεις σωλήνων-σε-σωλήνων, μια κοινή αιτία διαρροών σε συμβατικούς εναλλάκτες θερμότητας. Χωρίς μηχανικά έλαση ή συγκολλημένα άκρα σε σωλήνα. Ο στερεός γραφίτης σχηματίζει ένα φράγμα μεταξύ της διεργασίας και των ρευστών υπηρεσίας. Οι φλάντζες χρησιμοποιούνται αποκλειστικά στην κεφαλή-για να μπλοκάρουν τις συνδέσεις όπου και τα δύο υγρά βρίσκονται σε μέτρια διαφορική πίεση. Αυτό ελαχιστοποιεί δραστικά τα πιθανά κανάλια διαρροής και βελτιώνει την ασφάλεια με επικίνδυνα ή δηλητηριώδη υγρά.

Δεν υπάρχουν παρεμβύσματα μεταξύ των υγρών σέρβις και διεργασιών
Ένα κύριο χαρακτηριστικό ασφαλείας του σχεδιασμού του μπλοκ είναι ότι τα δύο ρεύματα ρευστού δεν χωρίζονται με παρεμβύσματα. Το μπλοκ γραφίτη είναι ένα συνεχές μονολιθικό φράγμα. Οι φλάντζες κεφαλής ενδέχεται να έχουν διαρροή, αλλά, καθώς οι θάλαμοι κεφαλής είναι απομονωμένοι, υπάρχει μικρή πιθανότητα διασταυρούμενης μόλυνσης της διαδικασίας και των υγρών σέρβις. Αυτή η ιδιότητα είναι ιδιαίτερα πολύτιμη σε εφαρμογές όπου η ανάμειξη των δύο υγρών θα προκαλούσε σοβαρές αντιδράσεις ή απώλεια προϊόντος.

Ο κύριος περιορισμός είναι η μη-επισκευή
Η μοναδική κατασκευή παρουσιάζει επίσης μεγάλο περιορισμό. Εάν ένα μπλοκ σπάσει μέσα του, ως αποτέλεσμα θερμικού σοκ, κύματος πίεσης ή μηχανικής καταπόνησης, δεν μπορεί να συγκολληθεί, να μπαλωθεί ή να γεμιστεί. Οι εσωτερικές διόδους δεν είναι προσβάσιμες για επισκευή. Πρέπει να αντικαταστήσετε ολόκληρο το μπλοκ ή ολόκληρη τη στοίβα μπλοκ. Στην πραγματικότητα, αυτό σημαίνει γενικά την εγκατάλειψη ολόκληρου του εναλλάκτη καθώς η αντικατάσταση μεμονωμένων μπλοκ συνεπάγεται σπάσιμο συνδεδεμένων αρμών και επανασυγκόλληση νέων μπλοκ, κάτι που σπάνια είναι φθηνό.

Σε ορισμένες σοβαρές υπηρεσίες, οι εναλλάκτες μπλοκ είναι, στην πραγματικότητα, αναλώσιμα εξαρτήματα. Η αντίσταση στον κύκλο της θερμοκρασίας και η μηχανική κόπωση διέπει τη ζωή τους. Εάν αναμένεται περιοδική ρωγμή, μπορούν να παρασχεθούν πολλές μικρότερες μονάδες μπλοκ παράλληλα, έτσι ώστε μία αποτυχία να μην τερματίζει την όλη διαδικασία.

Σύγκριση μεταξύ εναλλάκτη γραφίτη Shell και Tube
Οι εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη είναι επίσης κατασκευασμένοι σε σχεδιασμό-και-σωλήνων, χρησιμοποιώντας σωλήνες γραφίτη (συνήθως διαμέτρου 20–50 mm) και φύλλα σωλήνων γραφίτη. Η σύγκριση αποκαλύπτει τις ανταλλαγές:

Χαρακτηριστικό: Αποκλεισμός γραφίτη γραφίτη, κέλυφος & σωλήνας
Πυκνότητα ροής θερμότηταςΠολύ υψηλή (σφιχτή) Μέτρια
Οδοί διαρροής Λίγες (χωρίς διασταυρώσεις σωλήνων) Πολλές (κάθε διασταύρωση σωλήνων)
Δυνατότητα επισκευής Κανένα (ραγισμένο μπλοκ=αντικατάσταση) Καλό (μονοί σωλήνες μπορούν να βουλώσουν ή να αντικατασταθούν)
Μέγιστη πίεση λειτουργίας Χαμηλότερη (συχνά 6–10 bar) Υψηλότερη (ίσως 10-16 bar)
Καθαρισμός / ρύπανση Μπλοκαρισμένες τρύπες πιο δύσκολο να καθαριστούν Είναι δυνατός ο μηχανικός καθαρισμός των σωλήνων
Τυπικές εργασίες Συμπύκνωση Μονοφασικά υγράΕπαναβραστήρες, θέρμανση, ψύξη
Οι εναλλάκτες μπλοκ χρησιμοποιούνται συχνά για τη συμπύκνωση και τις μονοφασικές υγρές δραστηριότητες όπου το θερμικό σοκ ελέγχεται αποτελεσματικά. Για υπηρεσίες όπου η απόφραξη, η ρύπανση ή η ανακύκλωση της θερμοκρασίας προκαλούν μεγαλύτερη ανησυχία, ευνοούνται τα συστήματα γραφίτη με κέλυφος και σωλήνα, καθώς μπορούν να αντικατασταθούν μεμονωμένοι σωλήνες.

Πρακτικά ζητήματα για τις προδιαγραφές
Όταν εξετάζετε την κατασκευή εναλλάκτη θερμότητας μπλοκ γραφίτη για μια συγκεκριμένη εργασία, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθες μεταβλητές:

Συχνότητα θερμικού κύκλου - Η αυξημένη συχνότητα ανακύκλωσης αυξάνει τον κίνδυνο ρωγμών. Τα σχέδια μπλοκ λατρεύουν να τρέχουν συνεχώς.

Μεταβατικά πίεσης - Οι ξαφνικές αιχμές της πίεσης (water hammer) μπορεί να σπάσουν μπλοκ. Ο σχεδιασμός των σωληνώσεων και η ανακούφιση πίεσης πρέπει να είναι σωστά.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >Κίνδυνος απόφραξης 1–2 mm, το οποίο δεν είναι εύκολο να κολληθεί.

Κρισιμότητα της υπηρεσίας - Σε μια διαδικασία μεμονωμένης-τραίνου, όπου η αστοχία ενός εναλλάκτη προκαλεί τη διακοπή της παραγωγής, ενδέχεται να μην είναι αποδεκτό να μην είναι δυνατή η επισκευή μονάδων μπλοκ. Θα συνιστώνται πλεονάζουσες μονάδες ή άλλος τύπος κτιρίου.

Σύναψη:
Ο εναλλάκτης θερμότητας μπλοκ γραφίτη είναι μια εξειδικευμένη σχεδίαση υψηλής απόδοσης που θυσιάζει την ικανότητα επισκευής για εξαιρετικά συμπαγή και λιγότερες διαδρομές διαρροής. Η κατασκευή του είναι τρυπημένα μπλοκ στοιβαγμένα και συνδεδεμένα για να σχηματίσουν έναν μονολιθικό πυρήνα, παρέχοντας μεγάλη πυκνότητα μεταφοράς θερμότητας και χωρίς συνδέσεις σωλήνων{-σε-σωλήνες. Αλλά ένα ραγισμένο μπλοκ δεν μπορεί να διορθωθεί, πρέπει να αντικατασταθεί πλήρως. Το στυλ κτιρίου πρέπει να συνάδει με τη φιλοσοφία συντήρησης και την κρισιμότητα της υπηρεσίας. Ο μπλοκ γραφίτης είναι μια κομψή λύση εξοικονόμησης χώρου για χαμηλό θερμικό σοκ, συνεχείς, καθαρές, μονοφασικές δραστηριότητες. Για σοβαρές υπηρεσίες ή υπηρεσίες που σχετίζονται με την ασφάλεια-όπου η επισκευή είναι σημαντική, άλλα υλικά ή κέλυφος-και-σωληνωτός γραφίτης μπορεί να είναι πιο κατάλληλα.