Interval čišćenja koji se mijenja s razmakom cijevi
Postrojenje za kemijsku obradu koje koristi PTFE izmjenjivač topline u procesnom toku -natrpanom kalcijevim sulfatom izvještava da je čišćenje potrebno svakih šest do osam tjedana. Izmjenjivač topline je specificiran s kompaktnim snopom cijevi kako bi se minimalizirao promjer kućišta i kapitalni trošak. Kompaktni snop ima razmak cijevi približno 1,2 puta veći od vanjskog promjera cijevi.
Procesni tok sadrži suspendirane čestice kalcijevog sulfata koje se talože na površini cijevi. Talog smanjuje koeficijent prijenosa topline i povećava pad tlaka. Kada pad tlaka prijeđe dopuštenu granicu, izmjenjivač topline mora se isključiti iz upotrebe radi čišćenja.
Interval čišćenja određen je brzinom nakupljanja naslaga, koja ovisi o brzini protoka na površini cijevi i smičnom naprezanju koje uklanja naslage. U kompaktnom snopu, brzina protoka između cijevi manja je nego u -razmaknutom snopu jer je područje protoka manje, a distribucija protoka manje jednolika. Niža brzina smanjuje smično naprezanje i omogućuje brže nakupljanje naslaga.
Izmjenjivač topline s istom površinom, ali razmakom cijevi 1,8 puta većim od vanjskog promjera cijevi, imao bi veći promjer ljuske, ali veću brzinu protoka između cijevi. Veća brzina povećava smično naprezanje i smanjuje stopu nakupljanja naslaga, što produljuje interval čišćenja.
Kako razmak cijevi utječe na raspodjelu protoka
Razmak cijevi utječe ne samo na prosječnu brzinu protoka, već i na ujednačenost raspodjele protoka po snopu. U kompaktnom snopu protok nastoji zaobići unutarnje cijevi i koncentrirati se u perifernom području gdje je otpor protoku manji. Unutarnje cijevi imaju manji protok, što smanjuje njihov doprinos prijenosu topline i povećava njihovu osjetljivost na onečišćenje.
U široko{0}}razmaknutom snopu protok se ravnomjernije raspoređuje po snopu jer je otpor protoku jednoličniji. Sve cijevi imaju odgovarajući protok, a prijenos topline je ravnomjerniji. Široki razmak također omogućuje protoku da prodre u unutrašnjost snopa, što smanjuje zastojne zone u kojima se nakupljaju naslage.
Raspodjela protoka posebno je važna za izmjenjivače topline koji rade u spremnicima s prirodnom konvekcijom ili umjerenim miješanjem. U ovim je primjenama brzina protoka niska, a razmak cijevi ima veliki utjecaj na distribuciju protoka i stopu onečišćenja.
Odnos između razmaka cijevi i smičnog naprezanja
Smično naprezanje na površini cijevi je sila koja uklanja naslage i sprječava njihovo nakupljanje. Smično naprezanje proporcionalno je kvadratu brzine fluida i obrnuto proporcionalno razmaku cijevi.
Za danu brzinu protoka kroz snop, brzina između cijevi je obrnuto proporcionalna razmaku. Udvostručenje razmaka cijevi prepolovljuje brzinu i smanjuje smično naprezanje za faktor četiri. Ovo je značajan učinak i objašnjava zašto se kompaktni snopovi kvare brže od široko-razmaknutih snopova.
Smično naprezanje također ovisi o svojstvima tekućine, posebno o viskoznosti i gustoći. Za viskozne tekućine, brzina potrebna za postizanje zadanog smičnog naprezanja veća je nego za tekućine niske-viskoznosti. To znači da viskozne tekućine zahtijevaju veći razmak cijevi kako bi se postigao isti interval čišćenja.
Kvantificiranje učestalosti čišćenja i operativnih troškova
Sljedeća tablica sažima učestalost čišćenja i godišnje operativne troškove za različite razmake cijevi u PTFE izmjenjivaču topline s površinom od 20 m² koji radi u procesnoj struji -natrpanoj kalcijevim sulfatom na 60 stupnjeva s brzinom protoka od 30 m³/h.
| Razmak cijevi | Promjer školjke | Inter-Brzina cijevi | Smični napon | Interval čišćenja | Godišnja čišćenja | Godišnji trošak čišćenja | Trošak godišnjeg gubitka proizvodnje | Ukupni godišnji trošak |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,2× OD | 250 mm | 0.8 m/s | Niska | 6-8 tjedana | 7 | $10,500 | $16,800 | $27,300 |
| 1,4× OD | 280 mm | 1.0 m/s | Umjereno | 10-14 tjedana | 4 | $6,000 | $9,600 | $15,600 |
| 1,5× OD | 300 mm | 1.1 m/s | Umjereno | 14-18 tjedana | 3 | $4,500 | $7,200 | $11,700 |
| 1,8× OD | 350 mm | 1.4 m/s | visoko | 20-26 tjedana | 2 | $3,000 | $4,800 | $7,800 |
| 2,0× OD | 400 mm | 1.6 m/s | visoko | 26-36 tjedana | 1.5 | $2,250 | $3,600 | $5,850 |
| 2,5× OD | 480 mm | 2.0 m/s | Vrlo visoko | 36-52 tjedna | 1 | $1,500 | $2,400 | $3,900 |
Godišnji trošak čišćenja pretpostavlja trošak od 1500 USD po događaju čišćenja, uključujući rad, kemikalije i provjeru. Godišnji trošak gubitka proizvodnje pretpostavlja vrijednost proizvodnje od 400 USD po satu i trajanje čišćenja od 6 sati po događaju.
Razina{0}}kapitalnog troška
Širi razmak cijevi povećava promjer ljuske i kapitalne troškove izmjenjivača topline. Povećanje kapitalnih troškova je otprilike 10-15% za razmak od 1,5× OD, 20-30% za razmak od 1,8× OD i 35-50% za razmak od 2,0× OD u usporedbi s kompaktnim snopom.
Kompromis-je između viših kapitalnih troškova i nižih godišnjih operativnih troškova. Za razmak od 1,8× OD s kapitalnom premijom od 6.000 USD i godišnjom uštedom operativnih troškova od 19.500 USD u usporedbi s kompaktnim paketom, razdoblje povrata je otprilike 4 mjeseca. Za razmak od 1,5× OD s kapitalnom premijom od 3000 USD i godišnjom uštedom od 15 600 USD, razdoblje povrata je otprilike 2,5 mjeseca.
Razdoblje povrata je kraće za objekte s visokim proizvodnim vrijednostima, visokim troškovima čišćenja ili visokim stopama onečišćenja. Dulje je za objekte s niskim proizvodnim vrijednostima ili niskim stopama onečišćenja.
Kada veliki razmak nije potreban
Široki razmak cijevi nije potreban u svim primjenama. Za čiste tokove procesa s niskim potencijalom onečišćenja, kompaktni snop može biti prikladan, a dodatni kapitalni trošak snopa sa širokim-razmakom možda neće biti opravdan.
Potencijal onečišćenja ovisi o kemiji procesa, temperaturi i prisutnosti suspendiranih krutih tvari. Čisti potoci s niskom tvrdoćom i malom količinom suspendiranih krutih tvari imaju nizak potencijal onečišćenja. Struje s visokom tvrdoćom, visokom količinom suspendiranih krutih tvari ili visokom temperaturom imaju visok potencijal onečišćenja.
Razmak cijevi treba odabrati na temelju potencijala onečišćenja određenog procesa. Jednostavno pravilo je koristiti razmak od 1,5× OD za nisko-uslugu obraštanja, 1,8× OD za umjereno-uslugu i 2,0× OD ili više za visoko-uslugu onečišćenja.
Ostali čimbenici koji utječu na učestalost čišćenja
Nekoliko drugih čimbenika utječe na učestalost čišćenja, a ti čimbenici utječu na razmak cijevi.
Brzina protoka.Veća brzina protoka povećava smično naprezanje i smanjuje stopu onečišćenja. Brzina protoka može se povećati korištenjem veće pumpe ili smanjenjem broja paralelnih cijevi.
Površinska obrada.Glatkija površina cijevi smanjuje prianjanje naslaga i olakšava čišćenje. Površina cijevi ne smije imati ogrebotine ili defekte koji bi mogli biti mjesta nukleacije.
Kemijski tretman.Dodavanjem inhibitora kamenca ili sredstva za raspršivanje u procesni tok smanjuje se stopa onečišćenja. Kemijska obrada treba biti kompatibilna s kemijom procesa.
Kontrola temperature.Snižavanje temperature procesa smanjuje stopu zaprljanja naslaga-ovisnih o temperaturi kao što je kalcijev sulfat. Temperaturu treba održavati na najnižoj vrijednosti koja osigurava prihvatljive performanse procesa.
Metoda čišćenja.Učinkovitija metoda čišćenja, kao -kemijsko čišćenje na mjestu ili-vodeni mlaz pod visokim pritiskom, može produljiti interval čišćenja. Metodu čišćenja treba odabrati na temelju vrste taloga i dizajna izmjenjivača topline.
Značajke dizajna koje podržavaju širok razmak
Nekoliko značajki dizajna podržava širok razmak cijevi i smanjuje učestalost čišćenja.
Veći promjer školjke.Veći promjer školjke odgovara većem razmaku cijevi. Promjer ljuske treba odrediti na temelju potrebnog razmaka cijevi, a ne minimalnog koji odgovara snopu cijevi.
Zaglavlje raspodjele protoka.Kolektor raspodjele protoka osigurava ravnomjernu raspodjelu protoka preko snopa, što sprječava lokalizirane zone niske-brzine u kojima se nakupljaju naslage.
Odvojivi snop cijevi.Uklonjivi snop cijevi omogućuje čišćenje izmjenjivača topline izvan procesne linije, što smanjuje vrijeme zastoja i omogućuje temeljitije čišćenje.
Na-odredbe za čišćenje mjesta.Priključci za dovod i povrat otopine za čišćenje omogućuju čišćenje izmjenjivača topline bez rastavljanja, čime se smanjuju zastoji i troškovi čišćenja.
Praćenje pada tlaka.Senzori pada tlaka preko izmjenjivača topline omogućuju kontinuirano praćenje stope onečišćenja, što omogućuje planiranje čišćenja prije nego što pad tlaka dosegne granicu.
Parametri specifikacije za optimalni razmak cijevi
Inženjeri opreme koji specificiraju PTFE izmjenjivač topline za-sklone zaprljanju trebaju potvrditi sljedeće parametre kod dobavljača.
Potencijal obraštanja.Odredite potencijal onečišćenja procesnog toka na temelju kemije, temperature i sadržaja suspendiranih krutih tvari.
Razmak cijevi.Odredite razmak cijevi na temelju potencijala onečišćenja. Preporuča se razmak od 1,5–2,0× OD za umjereno do visoko onečišćenje.
Promjer školjke.Navedite promjer ljuske potreban za prilagodbu razmaka cijevi.
Brzina protoka.Odredite minimalnu među{0}}brzinu cijevi. Preporuča se brzina od 1,0–1,5 m/s za uslugu obraštanja.
Raspodjela protoka.Odredite zaglavlje raspodjele protoka kako biste osigurali ravnomjeran protok kroz snop.
Odredbe za čišćenje.Navedite spojeve i ventile potrebne za-čišćenje na mjestu.
Praćenje pada tlaka.Odredite senzore pada tlaka i metodu nadzora za praćenje stope onečišćenja.
Metoda čišćenja.Navedite metodu čišćenja i potrebne kemikalije. Metoda čišćenja mora biti kompatibilna s materijalom cijevi i kemijom procesa.
Usklađivanje razmaka cijevi s uslugom obraštanja
Razmak cijevi PTFE izmjenjivača topline utječe na brzinu protoka između cijevi, smično naprezanje na površini cijevi i brzinu nakupljanja naslaga. Veći razmak povećava brzinu protoka i smično naprezanje, što smanjuje stopu onečišćenja i produljuje interval čišćenja. Godišnja ušteda operativnih troškova zbog većeg razmaka može nadoknaditi veće kapitalne troškove u roku od 2-6 mjeseci pri umjerenom do visokom stupnju obraštanja.
Razmak cijevi treba odabrati na temelju potencijala onečišćenja određenog procesa, a ne na temelju minimalnog razmaka koji odgovara potrebnoj površini. Jednostavno pravilo je koristiti razmak od 1,5× OD za nisko-uslugu obraštanja, 1,8× OD za umjereno-uslugu i 2,0× OD ili više za visoko-uslugu onečišćenja.
Za objekte za kemijsku obradu koji procjenjuju opcije PTFE izmjenjivača topline, razmak cijevi treba biti naveden u dokumentima o nabavi i potvrđen od strane proizvođača. Zadani razmak koji je dao proizvođač može biti previše kompaktan za određeni proces, a rezultirajući troškovi onečišćenja i čišćenja mogu premašiti uštedu kapitalnih troškova.
Inženjeri opreme i stručnjaci za nabavu koji procjenjuju specifikacije PTFE izmjenjivača topline za-sklonu zaprljanju mogu zatražiti pregled dizajna koji pokriva razmak cijevi, promjer školjke, brzinu protoka, raspodjelu protoka, mjere čišćenja i praćenje pada tlaka kako bi potvrdili da je jedinica usklađena sa stvarnim karakteristikama zaprljanja i strukturom operativnih troškova objekta.
