Σε αντίθεση με το γνωστό σχεδιασμό του κελύφους-και-των σωλήνων, πολλοί εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη είναι κατασκευασμένοι ως ένα συμπαγές μπλοκ με διάτρητες διόδους-περισσότερο σαν μια επεξεργασμένη πολλαπλή παρά με μια δέσμη σωλήνων. Αυτή η κατασκευή προσφέρει ευδιάκριτα πλεονεκτήματα στη συμπαγή, αλλά επιβάλλει και περιορισμούς επισκευής. Κατανόηση τουμπλοκ κατασκευή εναλλάκτη θερμότητας γραφίτηΗ διαδικασία είναι απαραίτητη για τον καθορισμό του σωστού εξοπλισμού για διαβρωτικές λειτουργίες όπου ο χώρος είναι περιορισμένος ή η ακεραιότητα διαρροής είναι κρίσιμη.
Κατασκευή πυρήνα: Τρυπημένα μπλοκ κολλημένα σε μονόλιθο
Η διαδικασία κατασκευής ξεκινά με μεγάλα κομμάτια αδιαπέραστου γραφίτη. Αυτός ο γραφίτης είναι ανθεκτικός στη διάβρωση-με εμποτισμό πορώδους άνθρακα γραφίτη με φαινολική ή φουρανική ρητίνη, σφραγίζοντάς τον έναντι διείσδυσης υγρού. Αυτά τα τεμάχια ανοίγονται με ακρίβεια-σε δύο κάθετα σετ οπών-ένα σετ για το υγρό διεργασίας και ένα σετ για το ρευστό συντήρησης (μέσα θέρμανσης ή ψύξης). Τα δύο κανάλια ρευστού κινούνται σταυρωτά, συνήθως σε γωνίες 90 μοιρών, χωρίς να τέμνονται.
Στη συνέχεια, τα μεμονωμένα τρυπημένα μπλοκ στοιβάζονται και συγκολλούνται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ένα εξειδικευμένο τσιμέντο ρητίνης. Το τσιμέντο πρέπει να έχει συντελεστή θερμικής διαστολής στενά ταιριαστό με τον γραφίτη και να έχει ισοδύναμη αντοχή στη διάβρωση. Μόλις η στοίβα συναρμολογηθεί και σκληρυνθεί, το αποτέλεσμα είναι ένας μονολιθικός πυρήνας γραφίτη. Οι κεφαλές (θάλαμοι διανομής) βιδώνονται στα άκρα της στοίβας του μπλοκ, συχνά με παρεμβύσματα, για να κατευθύνουν το υγρό μέσα και έξω από τις διάτρητες διόδους. Στη συνέχεια, ολόκληρο το συγκρότημα στεγάζεται σε ένα χαλύβδινο κέλυφος ή εφοδιάζεται με εξωτερικά καλύμματα.
Μοναδικά χαρακτηριστικά συναρμολόγησης Block Graphite Exchangers
Modularity για κλιμακούμενη χωρητικότητα
Η σχεδίαση μπλοκ προσφέρει εγγενή σπονδυλωτή. Πολλά μπλοκ μπορούν να στοιβάζονται κατακόρυφα ή οριζόντια για να αυξηθεί η περιοχή μεταφοράς θερμότητας. Διαφορετικά μήκη μπλοκ μπορούν να συνδυαστούν σε ένα μόνο κέλυφος για την επίτευξη του απαιτούμενου καθήκοντος χωρίς προσαρμοσμένη κατασκευή. Αυτή η αρθρωτή προσέγγιση απλοποιεί την απογραφή ανταλλακτικών: ένα αποτυχημένο μπλοκ μπορεί θεωρητικά να αντικατασταθεί, αν και στην πράξη η αντικατάσταση μπλοκ σπάνια εκτελείται λόγω πολυπλοκότητας συγκόλλησης.
Εξαιρετική Συμπαγότητα
Επειδή ολόκληρος ο όγκος του μπλοκ είναι ενεργή επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας-κάθε κυβικό εκατοστό περιέχει τεμνόμενα κανάλια-η μονάδα είναι εξαιρετικά συμπαγής. Κανένας σωλήνες, διαφράγματα ή φύλλα σωλήνων δεν καταναλώνουν χώρο. Σε σύγκριση με μεταλλικούς εναλλάκτες-και-σωλήνων ισοδύναμου καθήκοντος, ένας εναλλάκτης μπλοκ γραφίτη μπορεί να καταλαμβάνει 50–70% λιγότερο χώρο στο δάπεδο. Αυτό το συμπαγές μέγεθος είναι ιδιαίτερα πολύτιμο σε μετασκευές ή εγκαταστάσεις σε υπάρχουσες χημικές μονάδες όπου ο χώρος είναι υψηλότερος.
Εξάλειψη των αρθρώσεων από σωλήνα-σε-σωληνοειδές φύλλο
Ο σχεδιασμός του μπλοκ εξαλείφει τις αρθρώσεις σωλήνων-σε-σωλήνων, μια κοινή πηγή διαρροής στους παραδοσιακούς εναλλάκτες θερμότητας. Δεν υπάρχουν μηχανικά τυλιγμένα ή συγκολλημένα άκρα σωλήνα. Ο ίδιος ο στερεός γραφίτης χρησιμεύει ως φράγμα μεταξύ των ρευστών διεργασίας και λειτουργίας. Τα παρεμβύσματα υπάρχουν μόνο στην κεφαλίδα-για να μπλοκάρουν τις διεπαφές, όπου και τα δύο υγρά βρίσκονται σε χαμηλές διαφορές πίεσης. Αυτό μειώνει σημαντικά τις πιθανές διαδρομές διαρροής, βελτιώνοντας την ασφάλεια με επικίνδυνα ή τοξικά υγρά.
Δεν υπάρχουν παρεμβύσματα μεταξύ υγρών διεργασίας και σέρβις
Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό ασφαλείας του σχεδιασμού του μπλοκ είναι η απουσία παρεμβυσμάτων που χωρίζουν απευθείας τα δύο ρεύματα ρευστού. Το μπλοκ γραφίτη είναι ένα συνεχές, μονολιθικό φράγμα. Ακόμα κι αν οι φλάντζες κεφαλής αποτύχουν, η διασταυρούμενη-μόλυνση μεταξύ των υγρών διεργασίας και σέρβις είναι απίθανη επειδή οι θάλαμοι κεφαλής είναι διαχωρισμένοι. Αυτό το χαρακτηριστικό εκτιμάται ιδιαίτερα σε εφαρμογές όπου η ανάμειξη των δύο υγρών θα προκαλούσε σοβαρές αντιδράσεις ή απώλεια προϊόντος.
Ο κρίσιμος περιορισμός: Μη-Δυνατότητα επισκευής
Η μοναδική κατασκευή επιβάλλει επίσης έναν σημαντικό περιορισμό. Εάν ένα μπλοκ σπάσει εσωτερικά-λόγω θερμικού σοκ, απότομης πίεσης ή μηχανικής καταπόνησης-δεν μπορεί να συγκολληθεί, να μπαλωθεί ή να βουλώσει. Δεν υπάρχει πρόσβαση σε εσωτερικές διόδους για επισκευή. Πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρο το μπλοκ ή η πλήρης στοίβα μπλοκ. Στην πράξη, αυτό σημαίνει συχνά διάλυση ολόκληρου του εναλλάκτη, καθώς η μεμονωμένη αντικατάσταση μπλοκ απαιτεί σπάσιμο των συνδεδεμένων αρμών και επανα-συγκόλληση νέων μπλοκ, μια διαδικασία που σπάνια είναι οικονομική.
Οι εναλλάκτες μπλοκ είναι ουσιαστικά αναλώσιμα είδη σε ορισμένες σοβαρές υπηρεσίες. Η διάρκεια ζωής τους καθορίζεται από την αντίσταση στον θερμικό κύκλο και τη μηχανική κόπωση. Για εφαρμογές όπου αναμένεται περιστασιακή ρωγμή, μπορούν να καθοριστούν παράλληλα πολλαπλές μικρότερες μονάδες μπλοκ, έτσι ώστε μια μεμονωμένη αποτυχία να μην τερματίζει ολόκληρη τη διαδικασία.
Σύγκριση με εναλλάκτες γραφίτη Shell-και-Tube
Οι εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη κατασκευάζονται επίσης σε διαμόρφωση-και-σωλήνων, χρησιμοποιώντας σωλήνες γραφίτη (συνήθως διαμέτρου 20–50 mm) με φύλλα σωλήνων γραφίτη. Η σύγκριση υπογραμμίζει τα ανταλλακτικά-:
| Χαρακτηριστικό | Μπλοκ γραφίτη | Shell-και-Tube Graphite |
|---|---|---|
| Πυκνότητα μεταφοράς θερμότητας | Πολύ υψηλό (συμπαγές) | Μέτριος |
| Διαδρομές διαρροής | Λίγα (χωρίς αρθρώσεις σωλήνων) | Πολλά (κάθε άρθρωση σωλήνα) |
| Δυνατότητα επισκευής | Κανένα (σπασμένο μπλοκ=αντικατάσταση) | Καλό (μεμονωμένοι σωλήνες μπορούν να βουλώσουν ή να αντικατασταθούν) |
| Μέγιστη πίεση λειτουργίας | Χαμηλότερο (συνήθως 6–10 bar) | Υψηλότερο (10–16 bar είναι δυνατό) |
| Ρύπανση / καθάρισμα | Πιο δύσκολο να καθαριστούν οι φραγμένες τρύπες | Οι σωλήνες μπορούν να καθαριστούν μηχανικά |
| Τυπικά καθήκοντα | Συμπύκνωση, μονοφασικά-υγρά | Θέρμανση, ψύξη, reboiler |
Οι εναλλάκτες μπλοκ χρησιμοποιούνται συχνά για συμπύκνωση και μονοφασικές λειτουργίες υγρών- όπου το θερμικό σοκ είναι καλά ελεγχόμενο. Τα σχέδια γραφίτη-και-σωλήνων προτιμώνται για υπηρεσίες όπου ο κίνδυνος απόφραξης, ρύπανσης ή θερμικού κύκλου είναι υψηλότερος, καθώς μπορούν να αντικατασταθούν μεμονωμένοι σωλήνες.
Πρακτικά ζητήματα για τις προδιαγραφές
Κατά την αξιολόγησημπλοκ κατασκευή εναλλάκτη θερμότητας γραφίτηγια ένα συγκεκριμένο καθήκον, θα πρέπει να αξιολογούνται οι ακόλουθοι παράγοντες:
Συχνότητα θερμικού κύκλου– Οι συχνές εκκινήσεις και οι διακοπές αυξάνουν τον κίνδυνο ρωγμών. Τα σχέδια μπλοκ προτιμούν τη συνεχή λειτουργία.
Μεταβατικές πιέσεις– Οι ξαφνικές υπερτάσεις πίεσης (σφυρί νερού) μπορεί να σπάσουν τα μπλοκ. Ο επαρκής σχεδιασμός σωληνώσεων και η ανακούφιση της πίεσης είναι απαραίτητα.
Ρευστή καθαριότητα– Τα περάσματα του μπλοκ είναι μικρά (συνήθως διαμέτρου 6–15 mm). Τα αιωρούμενα στερεά μεγαλύτερα από 1–2 mm κινδυνεύουν να βουλώσουν, τα οποία δεν μπορούν να κολληθούν εύκολα.
Κρισιμότητα της υπηρεσίας– Σε μια διαδικασία μεμονωμένης- αμαξοστοιχίας όπου μια βλάβη του εναλλάκτη διακόπτει την παραγωγή, η μη-μη επισκευή των μονάδων μπλοκ μπορεί να είναι απαράδεκτη. Θα συνιστώνται περιττές μονάδες ή διαφορετικός τύπος κατασκευής.
Σύναψη
Ο εναλλάκτης θερμότητας μπλοκ γραφίτη είναι ένας εξειδικευμένος,-σχεδιασμός υψηλής απόδοσης που ανταλλάσσει την ικανότητα επισκευής με εξαιρετικά συμπαγή και μειωμένες διαδρομές διαρροής. Η κατασκευή του-διατρυπημένα μπλοκ στοιβάζονται και συγκολλούνται σε έναν μονολιθικό πυρήνα-παρέχει εξαιρετική πυκνότητα μεταφοράς θερμότητας και εξαλείφει τις αρθρώσεις σωλήνων-σε-σωλήνων. Ωστόσο, ένα ραγισμένο μπλοκ δεν μπορεί να επισκευαστεί, απαιτώντας πλήρη αντικατάσταση. Το στυλ κατασκευής πρέπει επομένως να ταιριάζει με τη φιλοσοφία συντήρησης και την κρισιμότητα της υπηρεσίας. Για συνεχείς, καθαρές, μονοφασικές-λειτουργίες με ελάχιστο θερμικό σοκ, ο μπλοκ γραφίτης προσφέρει μια κομψή λύση{10}}εξοικονόμησης χώρου. Για απαιτητικές ή ασφαλείς{12}}κρίσιμες υπηρεσίες όπου η δυνατότητα επισκευής είναι πρωταρχικής σημασίας, ο γραφίτης από κέλυφος-και-σωλήνας ή εναλλακτικά υλικά μπορεί να είναι πιο κατάλληλα.
