Thermal Cycling Cost Driver
Systém ohřevu chemického reaktoru cykluje od 25 stupňů do 150 stupňů a zpět dvakrát denně - 730 úplných tepelných cyklů za rok. Každý cyklus namáhá materiály výměníku tepla prostřednictvím rozdílné tepelné roztažnosti mezi teplosměnným povrchem a konstrukčním substrátem.
Skleněné-ocelové tepelné výměníky jsou konstruovány tavením vrstvy borosilikátového skla k ocelovému plášti při přibližně 850 stupních . Sklo a ocel mají různé koeficienty tepelné roztažnosti: sklo při 3-6 × 10⁻⁶/stupeň, ocel při 12–15 × 10⁻⁶/stupeň. Rozdíl 2-4× znamená, že během každého tepelného cyklu se sklo a ocel roztahují a smršťují různou rychlostí. Na rozhraní sklo-ocel vzniká smykové napětí.
Tepelné výměníky PTFE nemají žádné rozhraní. Stěna trubky je homogenní fluoropolymer. Tepelná roztažnost je kompenzována pružnou deformací celé tloušťky stěny. Nevyvíjí se žádné diferenciální napětí. Důsledek tohoto zásadního rozdílu v nákladech na údržbu je podstatný během životnosti zařízení měřené v desetiletích.
Režim selhání odlupování skla
Při opakovaném tepelném cyklování způsobuje kumulativní smykové napětí na rozhraní sklo-oceli postupné poškození. Mikro-trhliny vznikají při mikroskopických defektech ve skle-bublinkách, vměstcích nebo tenkých místech z původní výroby. Každý tepelný cyklus trhliny mírně prodlužuje.
Nakonec se trhliny spojí a od ocelového substrátu se oddělí kus skla. Tohle je praskání. Odštípnutá oblast vystavuje holou ocel procesní chemikálii. V kyselém provozu ocel rychle koroduje. Produkty koroze mohou kontaminovat proces. Exponovaná plocha se zvětšuje, jak chemikálie podkopává přilehlé sklo. Výměník tepla musí být vyřazen z provozu kvůli opětovnému zasklívání.
Přesklování není oprava v terénu. Celý výměník musí být vyjmut, odeslán do specializovaného zařízení, zbaven zbylého skla, znovu sklopen, vypálen, otestován a vrácen. Tento proces trvá 4-8 týdnů. Výroba je po dobu trvání ztracena, pokud není k dispozici náhradní výměník. Náklady na náhradní-koupené, skladované a udržované – musí být zahrnuty do nákladů životního cyklu.
Tabulka 1: Porovnání nákladů na údržbu za 10 let (730 tepelných cyklů/rok, 25-150 stupňů)
| Složka nákladů na údržbu | Sklo-lemovaná ocel | PTFE |
|---|---|---|
| Očekávaná životnost skleněného obložení při tepelném cyklování (roky) | 3-6 | N/A (bez podšívky) |
| Reglassing akce nad 10 let | 1-3 | 0 |
| Náklady na opětovné sklo na akci (% nového vybavení) | 50-80% | N/A |
| Odstávka na událost přesklování (týdny) | 4-8 | N/A |
| Nutný náhradní výměník | Ano (pro zachování výroby během přesklívání) | Žádný |
| Náklady na roční kontrolu | Střední (jiskrová zkouška na vady skla) | Nízká (vizuální + ultrazvuková tloušťka) |
| Možnost opravy v terénu | Žádné (jakékoli poškození skla=tovární oprava) | Ano (ucpání nebo výměna hadičky) |
| Opravte prostoje pro drobné poškození | Týdny (tovární reglass) | Hodiny (oprava v terénu) |
| Celkové 10leté náklady na údržbu (relativní) | 2-4× počáteční náklady na vybavení | 0,1–0,3× počáteční náklady na vybavení |
Výhoda opravy v terénu
Když na trubce výměníku tepla z PTFE dojde k netěsnosti -obvykle po mnoha letech provozu v důsledku tečení-, oprava se provede v terénu. Poškozená trubka se identifikuje tlakovou zkouškou. U obou sběračů je zazátkován PTFE zátkami. Výměník se vrátí do provozu během několika hodin a pracuje s mírně sníženou kapacitou.
Pokud je snížení kapacity způsobené ucpáváním nepřijatelné, poškozenou trubku nebo část svazku trubek lze vyměnit během příští plánované odstávky údržby. Výměna je mechanická: odšroubujte kompresní šroubení, odstraňte poškozenou trubku, vložte novou trubku, znovu utáhněte šroubení. Není potřeba žádné specializované zařízení. Opravu provádí personál údržby závodu pomocí standardních nástrojů.
Tato opravitelnost v terénu eliminuje potřebu náhradního výměníku. Eliminuje 4-8 týdenní výpadek výroby pro tovární přesklování. Umožňuje plánovat a řídit údržbu spíše než diktovat událostmi selhání skla.
Kontrast jednoduchosti kontroly
Ocel se skleněnou-podšívkou vyžaduje pravidelné testování jiskrou, aby se zjistily vady skla. Přes skleněný povrch je vedena sonda vysokého napětí; jiskra označuje defekt, který proniká až k oceli. Test vyžaduje, aby byl výměník prázdný a suchý. Je to časově{5}}náročné a zjišťuje pouze vady, které již existují,-nedokáže předpovědět, kdy se vytvoří další vada.
Tepelné výměníky z PTFE jsou kontrolovány ultrazvukovým měřením tloušťky stěny -rychlým, ne-destruktivním a lze je provádět bez vyřazení výměníku z provozu. Měření sledují pomalou a předvídatelnou progresi tečení. Budoucí tloušťku stěny lze promítnout ze současných měření, což umožňuje plánovat výměnu roky dopředu.
Shrnutí
Tepelné výměníky z PTFE nabízejí podstatně nižší náklady na údržbu než ocel potažená sklem- v tepelně cyklovaném provozu, protože PTFE nemá žádné obložení k odlupování, žádné odlišné materiálové rozhraní k únavě a{1}}opravitelná konstrukce, která eliminuje potřebu továrního přesklívání a náhradních výměníků. Během 10-letého období jsou náklady na údržbu PTFE 0,1–0,3krát vyšší než počáteční náklady na zařízení, ve srovnání s 2-4násobkem u oceli potažené sklem.
Schopnost opravit výměníky PTFE na místě během několika hodin oproti týdnům potřebným pro přesklování skla poskytuje výhody dostupnosti výroby, které často převyšují přímé úspory nákladů na údržbu.
Technická analýza pro výběr materiálu tepelně cyklovaného výměníku tepla je k dispozici po předložení rozsahu provozních teplot, frekvence cyklu, procesní chemie, aktuálních záznamů o nákladech na údržbu a údajů o nákladech na prostoje ve výrobě.
