Η διαρροή παράκαμψης δεν είναι διαρροή στο εξωτερικό περιβάλλον, αλλά μια εσωτερική συντόμευση-πλευρικό υγρό-του κελύφους που ρέει γύρω από τη δέσμη του σωλήνα αντί να διασχίζει αυτήν. Αυτή η εσωτερική παράκαμψη σπαταλά την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας και μειώνει την αποτελεσματικότητα του εναλλάκτη, ωστόσο παραμένει αόρατη από το εξωτερικό. Κατανόηση των μονοπατιών και των αιτιών τουπαράκαμψη διαρροής Εναλλάκτης θερμότητας PTFEτα ζητήματα είναι απαραίτητα για τη διάγνωση απώλειας απόδοσης και τον προγραμματισμό αποτελεσματικών επισκευών. Αυτός ο οδηγός περιγράφει τις κοινές διαδρομές διαρροής, τις αιτίες τους και τις διορθωτικές ενέργειες που αποκαθιστούν τη θερμική απόδοση.
Τι είναι η διαρροή Bypass και γιατί έχει σημασία;
Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας-και-σωλήνα, το πλευρικό υγρό του κελύφους-προορίζεται να ρέει κατά μήκος της δέσμης σωλήνων, καθοδηγούμενο από διαφράγματα. Η διαρροή παράκαμψης συμβαίνει όταν ένα μέρος αυτού του υγρού αποφεύγει την επαφή με τους σωλήνες ακολουθώντας μια πιο σύντομη, χαμηλότερη- διαδρομή αντίστασης. Το υγρό εξέρχεται από τον εναλλάκτη με μικρή ή καθόλου αλλαγή θερμοκρασίας, μειώνοντας τη συνολική ταχύτητα μεταφοράς θερμότητας.
Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, οι οποίοι έχουν ήδη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τις μεταλλικές μονάδες, η διαρροή bypass είναι ιδιαίτερα επιζήμια. Μια 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 μέσω παρακολούθησης θερμικής απόδοσης ή εσωτερικής εξέτασης.
Πρωτεύουσες διαδρομές διαρροής παράκαμψης σε εναλλάκτες θερμότητας PTFE
Τρεις διακριτές διαδρομές επιτρέπουν στο πλευρικό υγρό του κελύφους-να παρακάμψει τη δέσμη σωλήνων.
1. Δέσμη-σε-Εκκαθάριση κελύφους (Δακτυλιοειδής παράκαμψη)
Υπάρχει πάντα ένα κενό μεταξύ των εξωτερικών σωλήνων και του εσωτερικού τοιχώματος του κελύφους. Αυτός ο δακτυλιοειδής χώρος είναι απαραίτητος για να επιτρέπεται η εισαγωγή και η αφαίρεση της δέσμης του σωλήνα. Σε έναν καλά σχεδιασμένο-εναλλάκτη, σε αυτό το κενό τοποθετούνται λωρίδες στεγανοποίησης (ονομάζονται επίσης σφραγίδες παράκαμψης) ή εικονικοί σωλήνες για να εμποδίζουν τη ροή. Οι λωρίδες στεγανοποίησης είναι συνήθως επίπεδες μεταλλικές ράβδοι ή λωρίδες γεμάτες PTFE-που συνδέονται με τα διαφράγματα, που εκτείνονται προς τα έξω για να έλθουν σε επαφή με το τοίχωμα του κελύφους.
Όταν λείπουν, έχουν φθαρεί ή σπάσουν οι λωρίδες στεγανοποίησης, το πλευρικό υγρό του κελύφους{0}}ρέει ελεύθερα μέσα από το δακτυλιοειδές διάκενο χωρίς να διασχίζει τη δέσμη του σωλήνα. Αυτή είναι η πιο σημαντική διαδρομή παράκαμψης.
2. Διάφραγμα-σε-Εκκαθάριση κελύφους
Τα διαφράγματα δεν εφαρμόζουν τέλεια μέσα στο κέλυφος. Υπάρχει ένα μικρό διάκενο (συνήθως 1–3 mm) που επιτρέπει τη συναρμολόγηση και τη θερμική διαστολή. Το υγρό μπορεί να διαρρεύσει γύρω από τις άκρες κάθε διαφράγματος, ιδιαίτερα στο επάνω και το κάτω μέρος όπου βρίσκεται η τομή του διαφράγματος. Σε νέους εναλλάκτες, αυτή η διαρροή είναι μικρή (2–5% της συνολικής ροής). Ωστόσο, εάν τα διαφράγματα καταστραφούν-λυγίσουν, διαβρωθούν ή διαβρωθούν-το διάκενο αυξάνεται και η ροή παράκαμψης αυξάνεται σημαντικά.
Ζημιά στα διαφράγματα του εναλλάκτη θερμότητας PTFE μπορεί να προκληθεί από σφυρί νερού (ατμοσφυρί), ξένα αντικείμενα που μεταφέρονται στο πλευρικό υγρό του κελύφους-ή διάβρωση μεταλλικών εξαρτημάτων διαφράγματος (οι ίδιοι οι σωλήνες PTFE δεν διαβρώνονται, αλλά τα μεταλλικά διαφράγματα και οι πλάκες στήριξης μπορεί να διαβρωθούν).
3. Σωλήνας-σε-Εκκαθάριση διαφράγματος
Κάθε σωλήνας PTFE περνά μέσα από μια τρύπα σε κάθε διάφραγμα. Απαιτείται διάκενο 0,2–0,5 mm για να επιτραπεί η κίνηση του εύκαμπτου σωλήνα PTFE και να αποτραπεί η σύνδεση κατά τη θερμική διαστολή. Το υγρό μπορεί να διαρρεύσει μέσα από αυτά τα μικρά δακτυλιοειδή κενά. Στα περισσότερα σχέδια, η διαρροή του σωλήνα-στο-διαφράγματος είναι σχετικά μικρός παράγοντας (συνήθως<5% of total bypass) because the pressure drop across each baffle drives flow through the many tube holes, but the cumulative effect can be noticeable in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.
Αιτίες διαρροής παράκαμψης σε εναλλάκτες θερμότητας PTFE
Η εσωτερική επιθεώρηση συχνά αποκαλύπτει μία ή περισσότερες από τις ακόλουθες καταστάσεις:
Λείπουν ή φθαρμένες ταινίες σφράγισης
Οι λωρίδες στεγανοποίησης συνδέονται στα διαφράγματα με βίδες, κλιπ ή συγκόλληση. Με την πάροδο του χρόνου, οι βίδες μπορεί να χαλαρώσουν, τα κλιπ μπορεί να σπάσουν ή οι ίδιες οι λωρίδες μπορεί να διαβρωθούν ή να διαβρωθούν. Σε ορισμένες δέσμες-επισκευασμένων πεδίων, οι λωρίδες στεγανοποίησης ενδέχεται να μην έχουν εγκατασταθεί ξανά μετά την εκ νέου σωλήνωση. Ένα κοινό εύρημα είναι ότι οι λωρίδες στεγανοποίησης υπάρχουν μόνο σε μερικά διαφράγματα ή απουσιάζουν εντελώς.
Κατεστραμμένα διαφράγματα
Τα διαφράγματα μπορεί να καταστραφούν από:
Σφυρί ατμού– Τα επαναλαμβανόμενα κρουστικά κύματα μπορεί να λυγίσουν ή να σπάσουν τα μεταλλικά διαφράγματα, ειδικά κοντά στις οπές του σωλήνα.
Διάβρωση– Τα χαλύβδινα διαφράγματα σε διαβρωτική λειτουργία (ακόμη και με σωλήνες PTFE) μπορεί να λεπτύνουν και να χάσουν το σχήμα τους.
Μηχανική κρούση– Κατά την εισαγωγή ή αφαίρεση της δέσμης, τα διαφράγματα μπορεί να λυγίσουν εάν δεν είναι σωστά ευθυγραμμισμένα.
Ένα λυγισμένο διάφραγμα δεν εφαρμόζει πλέον σφιχτά στο κέλυφος, δημιουργώντας ένα μεγάλο διάκενο. Σε ένα ραγισμένο διάφραγμα μπορεί να λείπουν τμήματα που επιτρέπουν τη ροή.
Υπερμεγέθης καθαρισμός κελύφους από πρωτότυπο σχέδιο
Ορισμένοι-εναλλάκτες θερμότητας από PTFE χαμηλού κόστους είναι κατασκευασμένοι με υπερβολικές αποστάσεις από δέσμες-σε-κελύφους για απλοποίηση της κατασκευής. Μπορεί να υπάρχει διάκενο 10 mm ή περισσότερο και οι λωρίδες στεγανοποίησης είτε παραλείπονται είτε έχουν μικρότερο μέγεθος. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η διαρροή παράκαμψης είναι εγγενής στο σχεδιασμό και δεν μπορεί να διορθωθεί πλήρως χωρίς σημαντικές τροποποιήσεις.
Διάγνωση διαρροής παράκαμψης χωρίς άνοιγμα του εναλλάκτη
Υπάρχει υποψία διαρροής bypass όταν:
Ο μετρούμενος ρυθμός μεταφοράς θερμότητας (υπολογισμένος από τις θερμοκρασίες εισόδου/εξόδου και τους ρυθμούς ροής) είναι σημαντικά χαμηλότερος από την τιμή σχεδιασμού, παρά τους καθαρούς σωλήνες και τις εξωτερικές διαρροές.
Η πτώση της πλευρικής πίεσης του κελύφους-είναι χαμηλότερη από τις ιστορικές τιμές για τον ίδιο ρυθμό ροής. Η μειωμένη πτώση πίεσης υποδηλώνει ότι το υγρό ακολουθεί μια διαδρομή χαμηλότερης- αντίστασης (παράκαμψη).
Η αλλαγή θερμοκρασίας του πλευρικού υγρού του κελύφους (ΔT) είναι μικρότερη από την αναμενόμενη, ενώ η θερμοκρασία εξόδου του σωλήνα- είναι επίσης εκτός στόχου.
Είναι σημαντικό να αποκλειστούν πρώτα άλλες αιτίες κακής απόδοσης: ρύπανση, παγιδευμένα μη συμπυκνώσιμα-ή μειωμένοι ρυθμοί ροής. Εάν εξαλειφθούν, η διαρροή bypass είναι ο πιθανός ένοχος.
Διορθωτικές ενέργειες για διαρροή παράκαμψης
Η κατάλληλη επισκευή εξαρτάται από τη σοβαρότητα και την προσβασιμότητα της δέσμης σωλήνων.
1. Αντικατάσταση στεγανοποιητικών ταινιών (πιο συνηθισμένη επιδιόρθωση)
Για εναλλάκτες με αφαιρούμενες δέσμες σωλήνων, οι λωρίδες στεγανοποίησης μπορούν να εγκατασταθούν ή να αντικατασταθούν κατά τη διάρκεια προγραμματισμένης διακοπής λειτουργίας. Η διαδικασία:
Το κάλυμμα του κελύφους αφαιρείται και η δέσμη του σωλήνα αποσύρεται.
Τα διαφράγματα επιθεωρούνται. Οι υπάρχουσες αυλακώσεις της ταινίας στεγανοποίησης καθαρίζονται από υπολείμματα και διάβρωση.
Νέες λωρίδες σφράγισης (συνήθως εμποτισμένο ύφασμα από PTFE-, μεταλλικές λωρίδες ελατηρίου ή συμπαγείς ράβδοι PTFE) κόβονται κατά μήκος και εισάγονται στις αυλακώσεις σε κάθε διάφραγμα. Οι λωρίδες πρέπει να εκτείνονται προς τα έξω ώστε να έρχονται σε επαφή με το εσωτερικό τοίχωμα του κελύφους με ελαφριά εφαρμογή παρεμβολής (συμπίεση 0,2–0,5 mm).
Οι λωρίδες στερεώνονται με βίδες ή με τρύπημα των άκρων του διαφράγματος (για μεταλλικές λωρίδες). Σε ορισμένα σχέδια, οι λωρίδες συγκρατούνται από την πίεση του κελύφους πάνω στο διάφραγμα.
Το πακέτο επανατοποθετείται και ο εναλλάκτης ελέγχεται.
Αυτή η επισκευή αποκαθιστά συνήθως το 90-100% της χαμένης απόδοσης εάν τα ίδια τα διαφράγματα δεν έχουν υποστεί ζημιά.
2. Επισκευή ή αντικατάσταση διαφράγματος
Εάν τα διαφράγματα είναι λυγισμένα, ραγισμένα ή διαβρωμένα, οι λωρίδες στεγανοποίησης από μόνες τους δεν θα στερεώσουν την παράκαμψη. Τα κατεστραμμένα διαφράγματα πρέπει να επισκευαστούν ή να αντικατασταθούν. Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, τα διαφράγματα είναι συνήθως μεταλλικά (ανοξείδωτο ή ανθρακούχο χάλυβα) και μπορούν να είναι:
Ίσιωσε– Οι μικρές στροφές μπορούν να πιεστούν επίπεδα σε μια υδραυλική πρέσα.
Συγκολλημένος– Οι ρωγμές συγκολλούνται και λειαίνονται. 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-μέσω του διαφράγματος-στο-κενό κελύφους-εμφανίζεται ως βέλη που περνούν μεταξύ της άκρης του διαφράγματος και του τοιχώματος του κελύφους.
Τα μικρά βέλη μεταξύ των μεμονωμένων σωλήνων και του διαφράγματος αντιπροσωπεύουν διαρροή από σωλήνα-σε-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 σφράγισης για διαμέτρους κελύφους πάνω από ένα συγκεκριμένο μέγεθος.
Χρησιμοποιήστε διπλές λωρίδες σφράγισης– 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 ταινίας 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 νωρίτερα υποψία διαρροής παράκαμψης, 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. ΕΝΑπαράκαμψη διαρροής Εναλλάκτης θερμότητας PTFEΤο πρόβλημα 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.
