Problem troškova crpljenja u krugovima ispiranja
Hidrometalurški krugovi ispiranja pomiču agresivne kisele otopine kroz kilometre cjevovoda, reaktora i izmjenjivača topline. Troškovi crpljenja predstavljaju veliki operativni trošak. Svaki pad tlaka na izmjenjivaču topline povećava račun za energiju.
Metalni izmjenjivači topline razvijaju hrapavost unutarnje površine kako korozija napreduje. Ono što počinje kao glatka unutrašnjost cijevi degradira u rupičastu površinu s ljuskama s faktorima trenja višestruko većim od projektiranih vrijednosti. Ispusni tlak pumpe raste kako bi se održao protok. Potrošnja energije raste. Na kraju krug ne može postići projektirane protoke bez nadogradnje pumpe.
Problem se s vremenom povećava. Korozija čini površine grubljima. Hrapave površine povećavaju trenje. Veće trenje zahtijeva više energije pumpanja. Povratna sprega se ubrzava sve dok intervencija održavanja ne zamijeni izmjenjivač.
Hrapavost površine i faktor trenja
Pad tlaka u cijevima izmjenjivača topline slijedi Darcy-Weisbach odnos. Za turbulentno strujanje, faktor trenja ovisi o hrapavosti površine u odnosu na promjer cijevi. Nova cijev od nehrđajućeg čelika s hrapavošću od 0,0015 mm ima Darcyjev faktor trenja od približno 0,019. Nakon dvije godine u službi ispiranja kiselinom, površinska udubina povećava hrapavost na 0,05 mm, gotovo udvostručujući faktor trenja.
Nizvodna posljedica je povećani zahtjev za visinu pumpe. Krug dizajniran za pad tlaka od 3 bara kroz izmjenjivač topline pri ugradnji može zahtijevati 5 bara nakon što korozija ohrapavi površinu. Pumpa mora raditi jače, trošeći 60-70% više energije za isti protok.
Tablica 1: Usporedba hrapavosti površine i pada tlaka u izmjenjivačima topline s krugom ispiranja
| Materijal cijevi | Početna hrapavost (mm) | Hrapavost nakon 2 godine (mm) | Povećanje relativnog pada tlaka |
|---|---|---|---|
| SS 316L u HCl luženju | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| Ispiranje titana u H₂SO4 | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE (djevičanski) | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
Podaci iz objavljenih tablica trenja cijevi i terenskih mjerenja u operacijama ispiranja bakra i nikla.
Prednost PTFE glatkog-provrta
PTFE cijevi imaju početnu hrapavost površine od približno 0,0013 mm, usporedivu s vučenim metalnim cijevima. Kritična razlika je u tome što se ta hrapavost nikada ne povećava. PTFE ne korodira, ne stvara jamice ili kamenac. Unutarnja površina nakon pet godina rada s kiselinom identična je površini prvog dana.
Niska površinska energija PTFE-a pruža dodatnu operativnu korist. Spojevi-koji stvaraju kamenac i prianjaju na metalne površine imaju tendenciju skidanja PTFE-a. Kalcijev sulfat, metalni hidroksidi i drugi precipitati nalaze manje mjesta nukleacije na površini fluoropolimera.
Pad tlaka na PTFE izmjenjivaču topline ostaje stabilan tijekom njegovog vijeka trajanja. Izračuni veličine crpke napravljeni prilikom instalacije ostaju važeći godinama kasnije. Potrošnja energije za pumpanje ne raste. Brzine protoka u krugu ostaju na projektiranim vrijednostima bez inkrementalnog povećanja brzine pumpe.
Fleksibilnost rasporeda smanjuje pad tlaka u sustavu
Dugotrajni -krugovi ispiranja često zahtijevaju izmjenjivače topline na lokacijama ograničenim postojećim strukturama, rasporedom spremnika i cjevovodima. Metalni izmjenjivači s fiksnom školjkom-i-konfiguracijom cijevi nameću kompromise cjevovoda koji dodaju zavoje, koljena i dodatnu duljinu.
Fleksibilne PTFE uronjene zavojnice mogu se konfigurirati tako da pristaju izravno u postojeće spremnike ili kanale, potpuno eliminirajući vanjske školjkaste i-izmjenjivače i njihove povezane padove tlaka u cjevovodima. Zavojnica se jednostavno uranja u otopinu za ispiranje. Jedini pad tlaka je unutarnji krug pare ili tople vode, koji je minimalan.
Kada su potrebni vanjski PTFE izmjenjivači topline, lagani snopovi fluorpolimera pojednostavljuju potporne strukture i smanjuju potrebu za teškim cijevnim stalcima i ekspanzionim petljama uobičajenim za metalne izmjenjivače u dugim stazama.
Zapažanja na terenu tijekom postupka ispiranja bakra
Postrojenje za ekstrakciju otapalom iz gomile bakra zamijenilo je dva izmjenjivača topline od -i-cijevi od nehrđajućeg čelika s PTFE uronjenim zavojnicama postavljenim izravno u spremnike za ispiranje. Nehrđajući izmjenjivači razvili su unutarnju hrapavost tijekom tri godine, povećavajući pad tlaka u krugu s 2,8 bara na 4,6 bara.
Potrošnja energije crpke porasla je 55% u istom razdoblju. Nakon-zamjene, pad tlaka u krugu vraćen je na 2,7 bara s PTFE zavojnicama. Potrošnja energije pumpe pala je na gotovo-izvornu razinu. Samo godišnje uštede električne energije za pumpanje povratile su 40% kapitalnih troškova PTFE svitka u prvoj godini.
Sažetak
Korodirani metalni izmjenjivači topline povećavaju pad tlaka u krugovima ispiranja kroz progresivno hrapavljenje površine. Veće trenje zahtijeva više energije pumpanja, povećavajući operativne troškove kontinuirano do zamjene.
PTFE izmjenjivači topline zadržavaju svoju početnu glatku površinu na neodređeno vrijeme. Pad tlaka ostaje konstantan. Potrošnja energije pumpe ne varira. Fleksibilnost konfiguracije uronjene zavojnice može u potpunosti eliminirati pad tlaka vanjskog izmjenjivača postavljanjem površine za prijenos topline izravno u procesne spremnike.
Za operacije ispiranja koje procjenjuju zamjenu izmjenjivača topline, inženjerska analiza je dostupna nakon podnošenja podataka o trenutnom padu tlaka u krugu, brzinama protoka, kemiji otopine za ispiranje i dostupnim specifikacijama medija za grijanje.
