Γιατί οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE αναπτύσσουν διαρροή παράκαμψης και πώς διορθώνεται;

Η διαρροή παράκαμψης δεν είναι διαρροή στο εξωτερικό περιβάλλον, αλλά ένα εσωτερικό υγρό-κόψιμο-του κελύφους-της εσωτερικής πλευράς που ρέει γύρω από τη δέσμη του σωλήνα αντί να διασχίζει αυτό. Αυτή η εσωτερική παράκαμψη είναι απώλεια επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας και μείωση της αποτελεσματικότητας του εναλλάκτη, αλλά δεν είναι ορατή από το εξωτερικό. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε τις διαδρομές και τις αιτίες των προβλημάτων του εναλλάκτη θερμότητας PTFE διαρροής παράκαμψης για τη διάγνωση απώλειας απόδοσης και τον προγραμματισμό επιτυχών επισκευών. Αυτό το άρθρο περιγράφει τα κοινά κανάλια διαρροής, τις αιτίες της διαρροής και τα βήματα επισκευής για την αποκατάσταση της θερμικής απόδοσης.

Διαρροή παράκαμψης: Τι είναι και γιατί έχει σημασία;
Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας-και-σωλήνων, το πλευρικό υγρό του κελύφους-υποτίθεται ότι ρέει κατά μήκος της δέσμης σωλήνων, κατευθυνόμενο από διαφράγματα. Η διαρροή παράκαμψης συμβαίνει όταν μέρος αυτού του υγρού δεν αγγίζει τους σωλήνες, επειδή ρέει σε μια συντομότερη διαδρομή με χαμηλότερη αντίσταση. Το υγρό φεύγει από τον εναλλάκτη με μια μικρή ή μηδενική αλλαγή θερμοκρασίας, η οποία μειώνει τη συνολική ταχύτητα μεταφοράς θερμότητας.

Η διαρροή bypass είναι επιβλαβής, ειδικά για εναλλάκτες θερμότητας PTFE που έχουν ήδη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τις μεταλλικές μονάδες. Η ροή παράκαμψης 20% μπορεί να μειώσει τον αποτελεσματικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας κατά 25–35% επειδή το παρακαμμένο ρευστό δεν συμμετέχει στην ανταλλαγή θερμότητας. Το πρόβλημα είναι εσωτερικό και δεν μπορεί να εντοπιστεί με εξωτερική οπτική επιθεώρηση ή δοκιμή πίεσης, μόνο με παρακολούθηση θερμικής απόδοσης ή εσωτερική εξέταση.

Διαδρομές διαρροής κύριας παράκαμψης εναλλάκτη θερμότητας PTFE
Το πλευρικό υγρό του κελύφους-μπορεί να παρακάμψει τη δέσμη του σωλήνα με τρεις διαφορετικούς τρόπους.

1. Δέσμη-σε-Εκκαθάριση κελύφους (Δακτυλιοειδής παράκαμψη)
Υπάρχει πάντα ένας χώρος μεταξύ των εξωτερικών σωλήνων και του εσωτερικού τοιχώματος του κελύφους. Αυτό το δακτυλιοειδές διάκενο απαιτείται για την εισαγωγή και αφαίρεση της δέσμης σωλήνα. Αυτό το κενό γεμίζεται σε έναν καλά κατασκευασμένο εναλλάκτη με λωρίδες στεγανοποίησης (μερικές φορές ονομάζονται σφραγίδες παράκαμψης) ή εικονικούς σωλήνες που περιορίζουν τη ροή. Οι λωρίδες στεγανοποίησης είναι συχνά επίπεδες χαλύβδινες ράβδοι ή λωρίδες γεμάτες PTFE-που στερεώνονται στα διαφράγματα, που προεξέχουν προς τα έξω και έρχονται σε επαφή με το τοίχωμα του κελύφους.

Όταν λείπουν οι λωρίδες στεγανοποίησης, έχουν φθαρεί ή έχουν σχιστεί, το υγρό στην πλευρά του κελύφους ρέει εύκολα μέσα από το δακτυλιοειδές διάκενο χωρίς να εισχωρεί στη δέσμη του σωλήνα. Αυτή είναι η κύρια παράκαμψη.

2. Διάκενο από διάφραγμα έως κέλυφος
Τα διαφράγματα δεν εφαρμόζουν σφιχτά στο κέλυφος. Παρέχεται ένα μικρό διάκενο (συνήθως 1–3 mm) για να είναι δυνατή η συναρμολόγηση και η θερμική διαστολή. Το υγρό μπορεί να τρέξει πάνω από τις άκρες κάθε διαφράγματος, ειδικά το πάνω και το κάτω μέρος όπου συμβαίνει το κόψιμο του διαφράγματος. Η διαρροή στους νέους εναλλάκτες είναι μέτρια (2-5% της συνολικής ροής). Εάν, ωστόσο, τα διαφράγματα καταστραφούν, συστραφούν, διαβρωθούν ή διαβρωθούν, το διάκενο θα αυξηθεί και η ροή παράκαμψης θα αυξηθεί σημαντικά.

Το σφυρί νερού (ατμοσφυρί), τα ξένα αντικείμενα που μεταφέρονται στο πλευρικό υγρό του κελύφους και η διάβρωση των μεταλλικών εξαρτημάτων του διαφράγματος μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στα διαφράγματα του εναλλάκτη θερμότητας PTFE (οι ίδιοι οι σωλήνες PTFE δεν διαβρώνονται, αλλά τα μεταλλικά διαφράγματα και οι πλάκες στήριξης μπορεί να διαβρωθούν).

3. Απόσταση σωλήνα σε διάφραγμα
Κάθε διάφραγμα έχει μια οπή μέσω της οποίας ρέει ένας σωλήνας PTFE. Για να επιτραπεί η κίνηση του εύκαμπτου σωλήνα PTFE και να αποτραπεί η δέσμευση κατά τη θερμική διαστολή απαιτείται χώρος 0,2 έως 0,5 mm. Αυτές οι μικρές δακτυλιοειδείς τρύπες μπορεί να επιτρέψουν τη διαφυγή του υγρού. Η διαρροή σωλήνα σε διάφραγμα γενικά συμβάλλει ελάχιστα στην παράκαμψη στα περισσότερα σχέδια (συνήθως<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.

Λόγοι για τους εναλλάκτες θερμότητας με διαρροή παράκαμψης PTFE
Η εσωτερική εξέταση συνήθως αποκαλύπτει μία ή περισσότερες από τις ακόλουθες καταστάσεις:

Φθαρμένο ή λείπει Απογύμνωση καιρού
Οι λωρίδες στεγανοποίησης στερεώνονται σε διαφράγματα με βίδες, κλιπ ή συγκόλληση. Οι βίδες μπορεί να χαλαρώσουν με την πάροδο του χρόνου, τα κλιπ μπορεί να αποτύχουν ή οι ίδιες οι λωρίδες μπορεί να διαβρωθούν ή να υποβαθμιστούν. Σε ορισμένα πεδία-επισκευασμένα πακέτα, οι λωρίδες στεγανοποίησης ενδέχεται να μην έχουν εγκατασταθεί ξανά-μετά την εκ νέου{4}}σωλήνωση. Είναι μια τακτική ανακάλυψη ότι οι ταινίες σφράγισης υπάρχουν μόνο σε μερικά από τα διαφράγματα ή απουσιάζουν εντελώς.

Κατεστραμμένα διαφράγματα,
Τα διαφράγματα μπορούν να σπάσουν από:

Σφυρί ατμού – Τα επαναλαμβανόμενα κρουστικά κύματα μπορεί να λυγίσουν ή να σπάσουν μεταλλικά διαφράγματα κοντά στα ανοίγματα των σωλήνων.

Διάβρωση - Τα χαλύβδινα διαφράγματα μπορεί να λεπτύνουν και να χάσουν το σχήμα τους σε διαβρωτική χρήση (ακόμη και με σωλήνες PTFE).

Μηχανική κρούση - Τα διαφράγματα ενδέχεται να λυγίσουν κατά την εισαγωγή ή την αφαίρεση της δέσμης, εάν δεν είναι σωστά ευθυγραμμισμένα.

Δεν εφαρμόζει πλέον σφιχτά στο κέλυφος, ένα λυγισμένο διάφραγμα δημιουργεί ένα σημαντικό διάκενο. Σε ένα σπασμένο διάφραγμα μπορεί να λείπουν εξαρτήματα που θα επιτρέψουν τη ροή.

Μεγάλη απομάκρυνση κελύφους από την αρχική σχεδίαση
Μερικοί από τους χαμηλού κόστους-εναλλάκτες θερμότητας PTFE είναι κατασκευασμένοι με υπερβολικά κενά-σε-κελύφη για διευκόλυνση της κατασκευής. Μπορεί να υπάρχει κενό 10 mm ή περισσότερο. Λείπουν λωρίδες σφράγισης ή είναι πολύ μικρές. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η διαρροή παράκαμψης είναι ένα χαρακτηριστικό σχεδιασμού και δεν μπορεί να εξαλειφθεί εντελώς χωρίς σημαντικό επανασχεδιασμό.

Πώς να διαγνώσετε τη διαρροή παράκαμψης χωρίς να ανοίξετε τον εναλλάκτη
Εάν υπάρχει υποψία διαρροής bypass:

Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας, που υπολογίζεται από τις θερμοκρασίες εισόδου/εξόδου και τους ρυθμούς ροής, είναι πολύ χαμηλότερος από το σχέδιο, παρόλο που οι σωλήνες είναι καθαροί και δεν υπάρχουν εξωτερικές διαρροές.

Η πτώση πίεσης στην πλευρά του κελύφους είναι μικρότερη από τις ιστορικές μετρήσεις στην ίδια παροχή. Μικρότερη πτώση πίεσης σημαίνει ότι το υγρό ρέει μέσω ενός καναλιού μικρότερης αντίστασης (bypass).

Η αλλαγή θερμοκρασίας του υγρού του κελύφους-πλευρικής πλευράς (ΔT) δεν είναι η αναμενόμενη και η θερμοκρασία εξόδου της πλευράς του σωλήνα-είναι ομοίως εκτός στόχου.

Πρώτον, είναι ζωτικής σημασίας να αποκλειστούν εναλλακτικές εξηγήσεις για κακή απόδοση: ρύπανση, παγιδευμένα μη συμπυκνώσιμα-ή χαμηλότεροι ρυθμοί ροής. Εάν εξαφανιστούν, τότε πιθανότατα πρόκειται για διαρροή παράκαμψης.

Διορθωτικές ενέργειες παράκαμψης διαρροής
Η σωστή επισκευή εξαρτάται από τη σοβαρότητα και την προσβασιμότητα της δέσμης σωλήνων.

1. Αντικατάσταση λωρίδων στεγανοποίησης (η πιο συνηθισμένη λύση)
Για εναλλάκτες με αφαιρούμενες δέσμες σωλήνων, μπορούν να εισαχθούν ή να αφαιρεθούν λωρίδες στεγανοποίησης κατά τη διάρκεια ενός προγραμματισμένου τερματισμού λειτουργίας. Η διαδικασία είναι:

Το κάλυμμα του κελύφους αφαιρείται και η δέσμη του σωλήνα τραβιέται προς τα έξω.

Τα διαφράγματα επιθεωρούνται. Καθαρίστε τα υπολείμματα και τη διάβρωση από τις αυλακώσεις της υπάρχουσας λωρίδας στεγανοποίησης.

Νέες λωρίδες σφράγισης (συχνά ύφασμα εμποτισμένο με PTFE, μεταλλικές λωρίδες ελατηρίου ή συμπαγείς ράβδοι PTFE) κόβονται στο απαιτούμενο μήκος και τοποθετούνται στις υποδοχές σε κάθε διάφραγμα. Οι λωρίδες πρέπει να προεξέχουν για να έρθουν σε επαφή με το εσωτερικό τοίχωμα του κελύφους με μια μικρή εφαρμογή παρεμβολής (συμπίεση 0,2–0,5 mm).

Οι λωρίδες συγκρατούνται στη θέση τους με βίδες ή τρυπώντας τις άκρες του διαφράγματος (για μεταλλικές λωρίδες). Ορισμένα σχέδια συγκρατούν τις λωρίδες από την πίεση του κελύφους πάνω στο διάφραγμα.

Το πακέτο επανατοποθετείται και ο εναλλάκτης ελέγχεται.

Αυτή η επισκευή κανονικά ανακτά το 90-100% της χαμένης απόδοσης εάν τα διαφράγματα δεν έχουν υποστεί ζημιά.

2. Επισκευή ή αντικατάσταση διαφράγματος
Οι ταινίες στεγανοποίησης από μόνες τους δεν μπορούν να στερεώσουν διαφράγματα που είναι λυγισμένα, σπασμένα ή διαβρωμένα. Τα κατεστραμμένα διαφράγματα πρέπει να επισκευάζονται ή να αντικαθίστανται. Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, τα διαφράγματα κατασκευάζονται γενικά από μέταλλο (ανοξείδωτο ή ανθρακούχο χάλυβα) που μπορεί να είναι:

Ίσιωμα -- Οι μικρές στροφές μπορούν να ωθηθούν επίπεδες σε μια υδραυλική πρέσα.

Συγκολλημένα - Οι ρωγμές συγκολλούνται και το έδαφος είναι ομαλό. Προσέχετε να μην παραμορφωθεί το διάφραγμα.

Αντικαταστάθηκε – Τα διαφράγματα που έχουν υποστεί σοβαρή ζημιά κόβονται από τη δέσμη και νέα διαφράγματα περνούν με σπείρωμα στους σωλήνες PTFE. Αυτή είναι μια-εντατική επέμβαση, η οποία συχνά εκτελείται κατά τη διάρκεια μιας πλήρους επανασωλήνωσης.

Μετά την επισκευή του διαφράγματος, τοποθετούνται νέες λωρίδες στεγανοποίησης.

3. Shell-Προσαρμογή πλευρικής ροής (Προσωρινός μετριασμός)
Για περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η άμεση αποσυναρμολόγηση, οι ρυθμίσεις λειτουργίας μπορούν να αντισταθμίσουν εν μέρει τη διαρροή bypass. Η αύξηση του ρυθμού ροής του κελύφους{1}}αυξάνει την ταχύτητα τόσο μέσα από τη δέσμη σωλήνων όσο και από τα διάκενα παράκαμψης. Επειδή η πτώση πίεσης αυξάνεται με το τετράγωνο της ταχύτητας, ένας υψηλότερος ρυθμός ροής μπορεί να βελτιώσει την αναλογία του ρευστού που διασχίζει πραγματικά τους σωλήνες. Ωστόσο, αυτό δεν διορθώνει τη βασική αιτία και αυξάνει την ενέργεια άντλησης. Θεωρείται μόνο προσωρινό μέτρο.

4. Επανασχεδιασμός για σοβαρά ζητήματα εκκαθάρισης
Σε εναλλάκτες με εγγενώς μεγάλο διάκενο κελύφους (κακή αρχική σχεδίαση), μπορεί να επιχειρηθεί η εκ των υστέρων τοποθέτηση με παχύτερες λωρίδες στεγανοποίησης ή η τοποθέτηση εικονικών σωλήνων στον δακτυλιοειδές χώρο. Οι εικονικοί σωλήνες είναι σωλήνες από PTFE μικρού μήκους που τοποθετούνται στις εξωτερικές οπές του σωλήνα, αλλά σφραγίζονται στα άκρα του φύλλου σωλήνα έτσι ώστε να μην ρέει υγρό μέσα από αυτά. Καταλαμβάνουν χώρο και μπλοκάρουν την παράκαμψη. Αυτή η προσέγγιση απαιτεί τη διάνοιξη πρόσθετων οπών στα διαφράγματα και τα σωληνάρια και συνήθως γίνεται από εξειδικευμένο συνεργείο επισκευής.

Περιγραφή διατομικού διαγράμματος- (Αναπαράσταση κειμένου)
Η ακόλουθη περιγραφή απεικονίζει τις διαδρομές παράκαμψης σε ένα τυπικό κέλυφος PTFE-και-εναλλάκτη θερμότητας σωλήνων όπως φαίνονται σε εγκάρσια τομή-:

Ο εξωτερικός κύκλος αντιπροσωπεύει το εσωτερικό τοίχωμα του κελύφους.

Στο εσωτερικό, μια κυκλική σειρά μικρών κύκλων αντιπροσωπεύει τους σωλήνες PTFE.

Το κενό μεταξύ των εξωτερικών κύκλων του σωλήνα και του εσωτερικού τοιχώματος του κελύφους είναι το διάκενο δέσμης{-από το κέλυφος (δακτυλιοειδής διαδρομή παράκαμψης). Σε έναν καλά σχεδιασμένο-εναλλάκτη, λωρίδες σφράγισης (που απεικονίζονται ως μικρά ορθογώνια προσαρτημένα στο διάφραγμα) προεξέχουν σε αυτό το κενό, σχεδόν αγγίζοντας το τοίχωμα του κελύφους.

Ένα διάφραγμα εμφανίζεται ως μια οριζόντια γραμμή που διασχίζει το εσωτερικό του κελύφους, με εγκοπές (το παράθυρο του διαφράγματος) στο επάνω και στο κάτω μέρος. Το υγρό που ρέει γύρω από τις άκρες του διαφράγματος-διαμέσου του διαφράγματος-στο-κενού κελύφους-εμφανίζεται ως βέλη που περνούν μεταξύ του άκρου του διαφράγματος και του τοιχώματος του κελύφους.

Τα μικρά βέλη μεταξύ των μεμονωμένων σωλήνων και του διαφράγματος αντιπροσωπεύουν διαρροή από σωλήνα-προς-διαφράγματος.

Οι λωρίδες στεγανοποίησης φράζουν τη δακτυλιοειδή παράκαμψη. Όταν λείπουν, τα μεγάλα βέλη δείχνουν ανεμπόδιστη ροή μέσα από το δακτυλιοειδές διάκενο.

Πρόληψη Διαρροής Παράκαμψης
Η διαρροή bypass αποτρέπεται καλύτερα κατά τον σχεδιασμό και την αρχική συναρμολόγηση:

Καθορίστε την κατασκευή TEMA κατηγορίας R ή B – Αυτά τα πρότυπα ορίζουν τα μέγιστα διάκενα και απαιτούν λωρίδες στεγανοποίησης για διαμέτρους κελύφους πάνω από ένα συγκεκριμένο μέγεθος.

Χρησιμοποιήστε διπλές λωρίδες στεγανοποίησης – Δύο σειρές λωρίδων στεγανοποίησης ανά διάφραγμα παρέχουν πλεονασμό.

Επιθεωρήστε τις ταινίες στεγανοποίησης κατά τη διάρκεια της επανασωλήνωσης – Τυχόν λωρίδες που λείπουν ή έχουν υποστεί ζημιά αντικαθίστανται πριν από την επανασυναρμολόγηση.

Αποφύγετε το σφυρί νερού – Όπως αναφέρεται στους σχετικούς οδηγούς, το ατμοσφαιρικό σφυρί καταστρέφει τα διαφράγματα και χαλαρώνει τα εξαρτήματα της λωρίδας στεγανοποίησης.

Μια περιοδική εσωτερική επιθεώρηση (κάθε 3-5 χρόνια) θα πρέπει να περιλαμβάνει έλεγχο της στεγανότητας των λωρίδων στεγανοποίησης και της κατάστασης των διαφραγμάτων. Εάν υπάρχει υποψία διαρροής παράκαμψης νωρίτερα, μια δοκιμή πτώσης πίεσης με γνωστό ρυθμό ροής μπορεί να συγκριθεί με τα βασικά δεδομένα.

Σύναψη
Η διαρροή παράκαμψης είναι ένα ζήτημα σχεδιασμού και συντήρησης που υποβαθμίζει αθόρυβα την απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας PTFE. Οι κύριες διαδρομές είναι το διάκενο δέσμης-προς-κέλυφος (δακτυλιοειδής παράκαμψη) και διάφραγμα-προς-διάκενο κελύφους. Η έλλειψη ή η φθορά λωρίδων στεγανοποίησης και τα κατεστραμμένα διαφράγματα είναι οι πιο συχνές αιτίες. Η εσωτερική επιθεώρηση συχνά αποκαλύπτει αυτά τα προβλήματα. Οι διορθωτικές ενέργειες περιλαμβάνουν την αντικατάσταση λωρίδων στεγανοποίησης, την επισκευή ή την αντικατάσταση κατεστραμμένων διαφραγμάτων και, ως προσωρινό μέτρο, την αύξηση της πλευρικής ροής του κελύφους-. Για σοβαρά ζητήματα κάθαρσης, μπορεί να απαιτηθούν εικονικοί σωλήνες ή επανασχεδιασμός. Ένα πρόβλημα παράκαμψης διαρροής εναλλάκτη θερμότητας PTFE μπορεί να μειώσει τη μεταφορά θερμότητας κατά 10–30%, αλλά οι περισσότερες περιπτώσεις μπορούν να διορθωθούν πλήρως κατά τη διάρκεια μιας προγραμματισμένης διακοπής. Η σωστή κατασκευή με επαρκείς ταινίες στεγανοποίησης και περιοδική εσωτερική επιθεώρηση διατηρεί τη θερμική απόδοση και παρατείνει τη διάρκεια ζωής.