Po čemu se PTFE izmjenjivači topline u bajonet-stilu razlikuju od konvencionalnih dizajna fiksnih cijevi?

Većina izmjenjivača s školjkom i cijevi ima cijevi pričvršćene na oba kraja. Bajonetni izmjenjivač to okreće na glavu: cijevi su fiksirane samo na jednom kraju, drugi kraj može slobodno da klizi unutar zatvorenog vanjskog omotača. Ovaj jednostavan dizajn prevazilazi dvije dugotrajne-brige, toplotni stres i pristup održavanju. Bajonetni raspored je primamljiva alternativa za zahtjevne završne obrade i primjene kemijskih procesa koji uključuju PTFE izmjenjivače topline gdje visoki koeficijent termičkog širenja (CTE) materijala čini rješenja za fiksne cijevi problematičnim.

Konstrukcija bajoneta (objašnjeno)
Naziv bajonetnog PTFE izmjenjivača topline potiče od izgleda bajonetnog-stila sijalice ili spojnice cijevi, u kojoj je jedan dio umetnut u drugi i pričvršćen na jednoj tački. Bajonetna cijev se sastoji od dvije koncentrične cijevi, unutrašnje cijevi i vanjske cijevi, zatvorene na drugom kraju u terminologiji izmjenjivača topline. Sklop se postavlja unutar školjke (ili direktno u rezervoar) i pričvršćen je samo na ulaznom/izlaznom kraju-obično na cijevnoj ploči ili prirubnici. Drugi kraj štapa se može slobodno širiti i termički skupljati.

Sa bajonetnom konfiguracijom, ruta fluida je obično strukturirana kao:

Servisna tečnost (para, topla voda ili rashladna tečnost) se dovodi kroz unutrašnju cijev i teče do zatvorenog kraja.

Fluid se okreće na zatvorenom kraju i teče nazad u prstenastom području između unutrašnje i spoljašnje cevi.

Toplina se isporučuje procesnom fluidu na strani kućišta (ili rezervoara) kroz vanjski zid cijevi.

Fluid tada izlazi kroz prstenasti prostor, na istom kraju na koji je ušao.

Protočni kanal "-i-" označava da su i ulazni i izlazni konektori na istom kraju izmjenjivača. Slobodni kraj bajonetne cijevi je slobodan osim na brtvi i može se slobodno pomicati aksijalno.

Glavne razlike u odnosu na tradicionalne dizajne fiksnih cijevi
U tradicionalnom PTFE izmjenjivaču topline s fiksnim cijevima, cijevi su fiksirane na oba kraja, sa cijevnim limom na ulaznom kraju, a drugim na izlaznom kraju. Cjevni snop je sastavni dio školjke i mlaznice-bočne strane školjke su zavarene za školjku. Mehaničko ponašanje i jednostavnost održavanja su prilično različiti.

Smještaj toplinskog naprezanja
Osim toga, ekspanzija PTFE-a je 10 do 20 puta veća od ekspanzije čelika (120 do 150 × 10−6 / stepen u odnosu na 11 × 10-6 / stepen). U dizajnu fiksne cijevi, PTFE cijev dužine 2 m zagrijana od 20 do 100 stepeni širi se oko 12-15 mm. Oba kraja su fiksirana, tako da ovo širenje proizvodi tlačne sile koje mogu zakočiti PTFE cijev ili oštetiti spojeve limova cijevi. Da bi se to izbjeglo, fiksni PTFE izmjenjivač će morati:

Plutajuća glava (omogućava pomeranje jednog cevnog lista), ili

Dilatacijski spoj u ljusci; alternativno,

Vrlo kratke dužine cijevi (ograničavajući kapacitet izmjenjivača)

Svaka od ovih opcija dodaje troškove, složenost i moguća mjesta curenja.

S druge strane, bajonetni PTFE izmjenjivač topline je suštinski tolerantan na toplinsko širenje. Slobodni kraj bajonetne cijevi klizi aksijalno u ljusci ili vanjskom omotaču dok se PTFE širi i skuplja. Potreba za dilatacijskim spojem, plutajućom glavom ili jedinstvenim podudaranjem materijala je eliminisana. Bajonetni oblik je posebno atraktivan za primjene koje uključuju velike promjene temperature ili česte termalne cikluse.

Pristup za održavanje i mogućnost uklanjanja paketa
Bajonetni dizajn ima veliku mehaničku prednost u tome što se cijeli snop cijevi može ukloniti iz izmjenjivača bez ometanja cjevovoda sa{0}}strane školjke. Svežanj se stavlja u školjku na jednom kraju i drži ga na mjestu jedna prirubnica ili cijev. Za uklanjanje snopa radi čišćenja, pregleda ili zamjene:

Dovodna/izlazna cijev na strani cijevi je isključena.

Uklonite prirubničke vijke snopa.

Svežanj se izvlači iz školjke u aksijalnom smjeru.

Oklop je na svom mjestu i svi cjevovodi-bočne strane školjke (uključujući mlaznice, zaptivke i konektore) su netaknuti.

Kod fiksnog dizajna cijevnih ploča, uklanjanje snopa cijevi je mnogo složenije. Dva kraja školjke moraju biti otvorena, a možda će biti potrebno odvojiti bočne mlaznice školjke ili ukloniti cijeli izmjenjivač sa vodova. Ovo bi mogao biti veliki projekt za velike izmjenjivače na lokacijama sa zauzetim procesima.

Za usluge gdje je potrebno redovno čišćenje (na primjer, kade za završnu obradu površina koje su sklone zagađivanju), jednostavnost uklanjanja snopa u bajonet izmjenjivaču je odlučujuća prednost. Za snop bajoneta potrebno je samo nekoliko sati da se izvuče, očisti i vrati; fiksni paket cijevi može značiti cijeli dan ili više zastoja.

Termalni problemi sa performansama
Bajonet dizajn ima kompromis sa termalnim performansama-. Prstenasti put (fluid koji teče u unutrašnjoj cijevi i natrag kroz prsten) daje efekat dvostruke-cijevi. Dva su razloga zašto je ukupni koeficijent prijenosa topline nešto niži od uporedivog dizajna fiksne cijevi protiv strujanja:

Smanjena efektivna temperaturna razlika - Obrazac protoka nije čist protivtok, već mješavina protutoka i paralelnog toka, što smanjuje logaritamsku srednju temperaturnu razliku (LMTD).

Manja brzina na strani prstena - Za istu ukupnu brzinu protoka prstenasti razmak može imati manju brzinu od jedne cijevi i to utiče na koeficijent filma.

Međutim, ovo smanjenje je često malo (10-20%) i često se suprotstavlja mogućnošću korištenja dužih cijevi (pošto toplinsko širenje nije ograničavajući faktor) i da rade pri većim brzinama na strani školjke. U mnogim aplikacijama za završnu obradu površine prednosti upotrebljivosti uvelike nadmašuju mali nedostatak efikasnosti.

Materijali i konstrukcija
Bajonetni izmjenjivači su popularni za grafitne i PTFE konstrukcije jer su lomljivi ili puze pod opterećenjem i ovi materijali imaju značajno toplinsko širenje. Dizajn bajoneta radi s kvalitetima materijala, a ne protiv njih.

U PTFE bajonet izmjenjivačima, unutrašnje i vanjske cijevi se obično proizvode od PTFE ili PFA (perfluoroalkoxy). Zapečaćeni kraj se pravi zavarivanjem ili toplotnim spajanjem dve cevi zajedno. Slobodni kraj je otvoren i unutrašnja cijev prolazi kroz cijev ili prsten. Vanjska cijev je zapečaćena na cijevnoj ploči PTFE brtvom ili O- prstenom koji omogućava aksijalno klizanje i sprječava curenje.

Treba napomenuti da se slobodni kraj bajonetne cijevi mora držati kako bi se izbjegle vibracije. U dugim bajonetnim cijevima (npr. . 3-5} m) srednji potporni prstenovi ili pregrade se koriste unutar školjke za vođenje vanjske cijevi bez inhibiranja aksijalnog kretanja. Bez ove podrške, vibracije izazvane protokom-mogu dovesti do trošenja i prijevremenog kvara.

Tabela za upoređivanje: Bajonet u odnosu na fiksni cevni izmjenjivač PTFE izmjenjivač Bajonet stil PTFE izmjenjivač Fiksni cijevni list PTFE izmjenjivač Pričvršćivanje cijevi Jedan kraj je fiksiran, drugi kraj slobodan za pomicanje Oba kraja pričvršćena za cijevne listove
Prilagođavanje termičke ekspanzije Inherentno – klizači sa slobodnim krajem; nije potreban ekspanzioni spoj Zahtijeva plutajuću glavu, ekspanzioni spoj ili ekstremno kratke cijevi
Uklonjivost snopa Lako izvlačenje snopa s jednog kraja bez ometanja cijevnih cijevi Teška potreba za rastavljanjem oba kraja Često uključuje uklanjanje izmjenjivača sa linije
Mlaznice u ShellMogu ostati pričvršćene tokom uklanjanja snopa Izmjenjivač se mora odvojiti ili premjestiti
Bočni priključci cijevi Ulaz i izlaz na istom kraju Ulaz i izlaz na suprotnim krajevima (općenito)
Put protoka Ulaz i izlaz preko koncentričnih cijevi (efekat dvostruke-cijevi)Pravo (jedan prolaz) ili više-prolaz sa povratnom haubom
Toplotna efikasnost Blago smanjena (LMTD faktor korekcije 0,85–0,95) Veća (može dobiti stvarni protivtok)
Prosjek Maks. Dužina cijevi Rukovanje i termičko opterećenje ograničeno vibracijama Ograničeno toplinskom ekspanzijom (obično 1,5–2,5 m za PTFE bez dilatacijske spojnice)
Tolerancija zagađivanja Dobra, snop se može odvojiti za čišćenje Pošteno – čišćenje oduzima dodatno vrijeme van rada
Cijena za male jedinice. Umjereno - jednostruki cijev, bez dilatacije Donje - Lakša montaža za kratke cijevi
Trošak velikih/dugih jedinica Niži – nema potrebe za skupim dilatacijskim spojevima Viši – plutajuća glava ili ekspanzioni spoj povećavaju troškove
Praktična upotreba bajonetnih PTFE izmjenjivača topline
U hemijskoj obradi i površinskoj obradi, dizajn bajoneta je poželjan za brojne specijalizovane slučajeve:

Teški termalni ciklusi - Serijski postupci sa nekoliko ciklusa grijanja i hlađenja izmjenjivača svaki dan. Slobodne-klizne bajonetne cijevi omogućavaju ovu vožnju biciklom bez nagomilavanja stresa.

Usluge onečišćenja - Kupatila koja ostavljaju kamenac, mulj ili organske prevlake na površini za prijenos topline. Važno je biti u mogućnosti povući snop za mehaničko ili hemijsko čišćenje na redovnoj osnovi.

Agresivna kisela sredina kojoj je potreban PTFE - PTFE je hemijski inertan i specificiran za agresivne kiseline (npr. hlorovodonična, sumporna, fluorovodonična). Bajonet dizajn smanjuje broj brtvi i potencijalnih mjesta curenja na strani cijevi.

Ograničeni pristupni prostor - Kada izmjenjivač treba ugraditi u jamu, uz zid ili na lokaciji gdje se ne može postići pristup na oba kraja. Bajonet izmjenjivač se servisira samo na jednom kraju.

Instalacije za naknadnu ugradnju - Zamjena postojećeg fiksnog izmjenjivača cijevi sa problemima termičkog zamora Osnovni uzrok tih kvarova je otklonjen bajonet dizajnom.

Za razliku od toga, fiksni sistemi cijevi i dalje se takmiče za:

Mali, kratki izmjenjivači (dužina cijevi < 1,5 m) kada toplinska ekspanzija nije problem.

Primjene bez termičkog ciklusa. Veoma čiste tečnosti.

Kada je neophodan čisti suprotni tok da bi se maksimizirao LMTD (npr. povrat topline uz pristup bliskoj temperaturi).

Projekti sa budžetskim ograničenjima gdje je najniži početni trošak glavni pokretač.

Razmatranja za instalaciju i rad
Postoji niz praktičnih aspekata koje treba uzeti u obzir pri određivanju bajonetnog PTFE izmjenjivača topline.

Oslonac slobodnog kraja Slobodni kraj bajonetne cijevi treba biti poduprt, ali ne čvrsto fiksiran. Kontakt metala-na-PTFE je spriječen preko PTFE habajućih navlaka ili prstenova sa malim{3}} trenjem.

Dizajn zaptivke - Klizna zaptivka za ulazak vanjske cijevi u cijev će omogućiti aksijalno pomicanje bez curenja. Uobičajeni su PTFE brtve za usne ili O-prstenovi sa oprugama.

Raspodjela protoka - Uvjerite se da je prstenasti zazor dovoljno velik da izbjegnete prekomjerno smanjenje pritiska. Razmak je općenito 2-5 mm, ovisno o promjeru cijevi i brzini protoka.

Vibracije cijevi - Pregrade ili potporne ploče trebaju biti smještene u intervalima od 0,5–1,0 metar kako bi se izbjegle vibracije izazvane vrtložnicima-. Oslonci moraju omogućiti aksijalno klizanje.

Imajte na umu da se bajonetni izmjenjivači mogu instalirati u velikom broju u jednom kućištu. Više-bajonet dizajn koristi veliki broj bajonetnih cijevi u tandemu, sve pričvršćene na isti cijev. Ovakav raspored daje veliku površinu za prijenos topline i pristup za održavanje samo s jednog kraja.

Zaključak