Strana trubky zpracovává čistou tekutinu, která prochází hladkými trubicemi z PTFE. Během týdnů však tlak potřebný k protlačení kapaliny na straně pláště výměníkem- neustále stoupá. Samotné trubky se nezanášejí,-problém je na vnější straně. Tento matoucí příznak je často mylně diagnostikován jako problém-na straně trubice, což vede ke zbytečnému čištění nebo dokonce výměně svazků, které jsou uvnitř dokonale čisté. Ve skutečnosti postupný nárůst rozdílu tlaku na straně pláště-přes čisté trubky přímo ukazuje na hromadění na vnějších površích trubkového svazku a přepážek. Pochopení příčintlaková ztráta na straně pláště zvýšení čisté trubky PTFEstav umožňuje operátorům zaměřit se na správnou metodu čištění a obnovit výkon výměníku.
Hlavní příčina: Znečištění mimo trubky
PTFE trubice jsou ceněné pro svůj nepřilnavý, chemicky inertní vnitřní povrch-. Kapaliny obsahující částice, rozpuštěné pevné látky nebo reaktivní látky zřídka ulpívají na vnitřku zkumavky. Avšak strana pláště-prostor kolem trubek-představuje jiné prostředí. Tekutina na straně pláště proudí přes svazek trubek a prochází mezerami mezi trubkami a kolem usměrňovačů. Tyto průchody jsou úzké a obsahují četné stagnační zóny, zejména za přepážkami a u trubek-k-podporě kontaktních bodů.
V průběhu času se na vnějších površích trubek a přepážkách hromadí tři primární typy usazenin:
1. Sedimentace částic
Pokud tekutina na straně-skořepiny obsahuje suspendované pevné látky (např. prach, částice rzi, krystalizované soli nebo kovové částice), mohou se tyto částice usazovat v oblastech s nízkou rychlostí-. Nízká povrchová energie PTFE nebrání mechanickému zachycení; částice se zaklíní mezi sousední trubky nebo proti přepážkám. Jak vrstva nánosu roste, průřez toku-se zmenšuje. Podle rovnice kontinuity při pevném objemovém průtoku tlačí zmenšená plocha průřezu rychlost tekutiny nahoru. Pokles tlaku přes omezení je úměrný druhé mocnině rychlosti (ΔP ∝ v²). V důsledku toho může i mírné snížení průtokové plochy způsobit významný nárůst měřeného poklesu tlaku.
2. Polymerizace a chemické znečištění
Mnoho kapalin na straně-skořápky v chemických procesech je náchylných k polymeraci nebo tvorbě pryskyřice při zvýšených teplotách. Například monomery, jako je styren nebo akryláty, mohou pomalu reagovat na horkých površích a vytvářet lepivou polymerní vrstvu. Nepřilnavý -povaha PTFE tento efekt snižuje, ale neeliminuje; pokud je polymerní prekurzor dostatečně reaktivní, může se stále usazovat, zejména na kovových přepážkách a nosných deskách (které jsou často vyrobeny z nerezové oceli). Jakmile se vytvoří tenká vrstva, zachytí další materiál a postupně vytvoří viskózní nebo tvrdou kůru, která zužuje cesty toku.
Podobně mohou tekutiny obsahující rozpuštěné anorganické látky vysrážet soli při změnách teploty ve výměníku a usazovat se na vnější straně trubek.
3. Biologický růst (biologické znečištění)
Ve výměnících využívajících neupravenou vodu-jako je chladicí voda z řek, jezer nebo chladicích věží- může na straně pláště vzkvétat biologický růst (řasy, bakterie nebo organismy tvořící sliz-). Teplé a vlhké prostředí mezi zkumavkami je ideální pro vývoj biofilmu. Slizký biofilm zvyšuje průtokový odpor a také zachycuje suspendované pevné látky, čímž urychluje zanášení. Biologické znečištění je zvláště běžné v oblastech s nízkou rychlostí-a může způsobit zdvojnásobení poklesu tlaku během týdnů.
Proč se často přehlíží-postranní znečištění Shell
Vnější strana trubek může být slepým místem pro běžnou kontrolu. U pevného trubkovnicového výměníku jsou boční průchody pláště- zcela uzavřeny; není žádný přímý vizuální přístup ke svazku bez odstranění pláště nebo jeho rozříznutí. Operátoři často sledují čistotu-strany trubice kontrolou vnitřku trubice nebo měřením-postranního poklesu tlaku trubice. Pokud strana trubky-zůstane čistá (nízká tlaková ztráta a čistý odpad), předpokládá se, že celý výměník je čistý,-nebezpečný omyl.
Kromě toho může být pokles tlaku na straně-skořápky monitorován pouze přerušovaně nebo není sledován vůči základní linii. Postupné zvyšování v průběhu měsíců může zůstat bez povšimnutí, dokud čerpadlo nedosáhne své maximální dopravní výšky nebo průtok neklesne pod požadavky procesu.
Tlakoměr jako pravdivý vypravěč
Tlakoměr je pravdivý vypravěč, pokud je jeho poselství dbáno. Prvním krokem při diagnostice problému-s bočním znečištěním shellu je stanovení základní liniečistý pokles tlakupři známém průtoku. Tato základní linie by měla být zaznamenána ihned po nové instalaci nebo po důkladném vyčištění. Poté se periodické odečty (denní, týdenní nebo měsíční) při stejném průtoku porovnávají se základní linií.
Čistý svazek trubek z PTFE bez usazenin-na straně pláště vytváří předvídatelný pokles tlaku, který zůstává stabilní po celé měsíce. Postupný, monotónní nárůst-například 5 % za měsíc-výrazně naznačuje progresivní skupenství-strany. Na rozdíl od toho by se znečištění-na straně trubice projevilo jako zvýšený-pokles tlaku na straně trubice a snížený přenos tepla, nikoli nárůst na straně-skořápky.
Je-li tekutinou na straně-skořápky voda s potenciální biologickou aktivitou, nárůst může být sezónní (v létě rychlejší). U polymerace se vzestup často zrychluje, protože usazeniny poskytují větší plochu pro další reakci.
Řešení: Chemické čištění a odstraňování svazků
Jakmile je potvrzeno znečištění-strany pláště, čištění se musí týkat vnějších povrchů. Přístup závisí na konstrukci výměníku a povaze ložiska.
Chemické čištění (na-místě)
U mnoha typů znečištění lze chemické čištění provést bez odstranění svazku trubek. Čistící roztok cirkuluje skrz stranu pláště (se stranou trubice izolovanou nebo proplachovanou odděleně). Výběr chemikálie závisí na vkladu:
Sediment a vodní kámen:Kyselé roztoky (např. zředěná HCl, kyselina citrónová nebo kyselina sulfamová) rozpouštějí uhličitan vápenatý, oxid železitý a většinu minerálních usazenin. Strana pláště musí být odvzdušněna, aby se uvolnil plyn generovaný reakcí.
Polymerace a organické znečištění:Alkalické čisticí prostředky (např. hydroxid sodný s povrchově aktivními látkami) nebo rozpouštědla (např. toluen, methylethylketon nebo speciální odmašťovadla) rozkládají organické polymery a pryskyřice. Je nutné ověřit kompatibilitu čisticího prostředku s PTFE (výborná) a s materiálem pláště (např. uhlíková ocel nebo nerezová ocel).
Biologické znečištění:Chlornan sodný (bělidlo), peroxid vodíku nebo biocidní přípravky (např. kvartérní amoniové sloučeniny) zabíjejí a rozptylují biofilm. Po cirkulaci biocidu se nečistoty odstraní opláchnutím čistou vodou.
Chemical cleaning effectiveness depends on achieving turbulent flow velocity (>1 m/s) na straně pláště, aby se odstranily uvolněné usazeniny. Zahřívání čisticího roztoku (pokud to výměník snese) urychluje reakční rychlosti. Po vyčištění by se měl pokles tlaku vrátit k původní základní hodnotě.
Odstranění svazku pro mechanické čištění
Pokud je chemické čištění nedostatečné,-například když jsou usazeniny silně karbonizované, tvrdé-sintrované nebo obsahují velké částice, které nelze rozpustit-, je vyžadováno mechanické čištění. To je možné pouze u konstrukcí výměníků, kde lze svazek trubek vyjmout z pláště:
Výměníky s plovoucí hlavou(např. typy AES, BES nebo AEP) umožňují horizontální vytažení svazku po sejmutí krytu plovoucí hlavy.
U-trubkové výměníky(typ CFU) také umožňují odstranění svazku.
Pevné trubkovnicové výměníky(např. typy BEM nebo AEM).neumožnit odstranění svazku; svazek je trvale přivařen k plášti. Pro ty je jedinou možností chemické čištění nebo otryskání pomocí vrtaných přístupových otvorů, pokud jsou k dispozici.
Po sejmutí lze svazek vyčistit pomocí vysokotlakých vodních trysek (obvykle 500–1500 barů), čištění párou nebo ručního škrábání (ačkoli škrábání riskuje poškození povrchů trubek z PTFE). Po vyčištění je svazek před opětovnou instalací zkontrolován, zda nevykazuje známky opotřebení nebo poškození trubice.
Strategie prevence
Aby se předešlo opětovnému nárůstu tlakové ztráty-na straně pláště, doporučujeme tři opatření:
Filtrujte kapalinu-na straně pláště:Nainstalujte sítko nebo patronový filtr na boční vstup pláště{0}, abyste odstranili částice větší než 100–200 μm. Pro jemné pevné látky lze použít zpětný proplachový filtr nebo cyklónový separátor.
Kontrola biologického růstu:Je-li tekutinou na straně-skořápky voda, systém vstřikování biocidu (kontinuální nebo přerušovaný) zabraňuje tvorbě biofilmu. Další nechemickou možností je ultrafialové (UV) ošetření.
Udržujte boční{0}}rychlost střely nad kritickou rychlostí zanášení:Pro sedimentaci a biologické znečištění pomáhá minimální rychlost příčného toku 0,5–1,0 m/s (v závislosti na velikosti částic) udržet pevné látky v suspenzi a zabraňuje jejich uchycení. Nadměrně vysoká rychlost však může způsobit vibrace trubice a tření-odlišné od jiného designu-.
V případě problémů s polymerací může být konečným řešením snížení provozní teploty-na straně pláště (pokud to proces umožňuje) nebo přidání inhibitoru polymerace do kapaliny.
Monitorování jako nástroj údržby
Pro srovnání je zásadní odečet základní tlakové ztráty při čištění. Bez něj je postupné zvyšování k nerozeznání od běžného provozu. Doporučuje se, aby při uvedení do provozu nebo po každém čištění byl zaznamenán pokles tlaku na straně pláště- při projektovaném průtoku a uchován v knize údržby. Včasné varování pak poskytne jednoduchá měsíční kontrola (např. pomocí stávajících tlakoměrů nebo převodníku diferenčního tlaku).
Nárůst o 20–30 % nad výchozí hodnotu je jasným signálem, že čištění by mělo být naplánováno během příští plánované odstávky. Čekání, dokud se pokles tlaku nezdvojnásobí nebo ztrojnásobí, riskuje kavitaci čerpadla, nedostatek průtoku a potenciální poškození svazku trubek v důsledku příliš vysokých rychlostí proudění ve zbývajících otevřených mezerách.
Závěr
Znečištění na straně pláště-je běžnou příčinou plíživého poklesu tlaku ve výměnících tepla z PTFE, i když samotné trubky zůstávají dokonale čisté. Částice, polymerizované zbytky nebo biologický sliz se hromadí na vnější straně trubek a na přepážkách, zužují průtokové kanály a zvyšují rychlost-a tím i pokles tlaku- podle čtvercového zákona. Sledování tohoto trendu oproti základní linii umožňuje naplánovat čištění dříve, než se stane kritickým. Chemické čištění (kyselinami, rozpouštědly nebo biocidy) řeší většinu usazenin přímo na místě, zatímco odolné znečištění může vyžadovat odstranění svazků v provedení s plovoucí-hlavou nebo U-trubicí. Obě strany výměníku tepla musí být čisté, aby dobře fungovaly; strana pláště, často mimo dohled, si zaslouží stejnou pozornost jako strana trubky. Rozpoznáním příznaku rostoucího poklesu tlaku{10} na straně pláště navzdory čistým trubkám se mohou inženýři vyhnout nesprávným snahám o čištění trubek a účinně řešit skutečnou hlavní příčinu.
