Izazov izloženosti na otvorenom
Hidrometalurška postrojenja postavljaju izmjenjivače topline na otvorenom. Ekstrakcija bakra otapalom, ispiranje nikla laterita i CIP krugovi zlata rade pod otvorenim-zaklonima ili potpuno izloženi suncu, kiši i temperaturnim promjenama. Glave izmjenjivača topline-razdjelnici koji povezuju snopove cijevi s procesnim cjevovodom-suočeni su s najtežim uvjetima.
Sunčeva svjetlost donosi ultraljubičasto zračenje koje razgrađuje polimere. Dnevni temperaturni ciklusi od gotovo-niskih noći do 40 stupnjeva poslijepodne stvaraju naprezanja toplinske ekspanzije. Vjetar-kiša i prašina nagrizaju površine. Aktivnosti održavanja izlažu opremu slučajnom udaru alata i mobilne opreme.
Konstrukcija glave mora štititi spojeve-i-glave dok preživljava ove uvjete desetljećima. Natječu se tri pristupa dizajnu: sve-PTFE glave, PVDF glave i metalne-oklopljene PTFE glave. Svaki se drugačije nosi s vanjskim okolišem.
Mogućnosti dizajna glave
Sve-PTFE glave koriste isti fluoropolimer kao i cijevi. Kemijska kompatibilnost je identična. Cijela nakvašena površina otporna je na procesne kiseline. Ali PTFE ima nisku mehaničku krutost. Velike nepodržane strukture glave mogu puzati ili se deformirati pod dugotrajnim opterećenjem. Vijčani prirubnički spojevi zahtijevaju pažljivo upravljanje zakretnim momentom kako bi se spriječilo curenje dok PTFE hladno-teče.
PVDF glave nude veću krutost i snagu od PTFE-a. Materijal se lako obrađuje u složene oblike hedera. Otpornost na kemikalije je dobra, ali nije univerzalna-PVDF napadaju jaka kaustika, određena otapala i dimne kiseline iznad 120 stupnjeva. Za hidrometalurške primjene koje uključuju sumpornu kiselinu na umjerenim temperaturama, PVDF pruža odgovarajuću kemijsku otpornost s vrhunskim mehaničkim svojstvima.
Metalne-oklopljene glave oblažu PTFE oblogu unutar čelične ili FRP strukturalne ljuske. Podstava pruža otpornost na kemikalije. Ljuska osigurava mehaničku čvrstoću. Ovaj hibridni dizajn kombinira najbolje od oba materijala. Kazna je veća cijena i složenija izrada.
Tablica 1: Usporedba dizajna glave za vanjske instalacije PTFE izmjenjivača topline
| Dizajn glave | UV otpornost | Tolerancija toplinskog ciklusa | Otpornost na udarce | Kemijska kompatibilnost | Relativni trošak |
|---|---|---|---|---|---|
| Sav-PTFE | Izvrsno (bez degradacije) | Dobar (fleksibilan, malo stresa) | Loše (lako se ošteti) | Univerzalni | Umjereno |
| PVDF | Dobro (potrebni su UV stabilizatori) | Umjeren (čvršći, veći toplinski stres) | Dobro | Ograničeno (izbjegavajte jake nagrizajuće tvari, otapala) | Nisko-Umjereno |
| Metalni-oklop (čelik/PTFE) | Izvrsno (metalni štitovi od UV-a) | Izvrsno (čelik svladava stres) | Izvrsno | Univerzalno (PTFE obloga) | visoko |
| Metalni{0}}oklop (FRP/PTFE) | Izvrsno (FRP štiti od UV zračenja) | Dobro (FRP toplinska ekspanzija bolje odgovara PTFE-u) | Dobro | Univerzalno (PTFE obloga) | visoko |
Mehanizam UV razgradnje
Nezaštićeni polimeri razgrađuju se pod sunčevim UV zračenjem putem foto-oksidacije. Polimerni lanci pucaju, uzrokujući krtost, promjenu boje i eventualno pucanje. PTFE je jedinstveno otporan. Ugljik-fluor veza jača je od energije UV fotona u zemaljskom sunčevom spektru. PTFE ne zahtijeva UV stabilizatore i ne razgrađuje se nakon desetljeća punog-izlaganja suncu.
PVDF apsorbira nešto UV-a i zahtijeva čađu ili druge dodatke za stabilizaciju. Ispravno stabiliziran PVDF traje godinama na otvorenom, ali dolazi do kredanja površine i postupnog gubitka svojstva. Nestabilizirani PVDF može postati krt za nekoliko mjeseci.
Metalne-oklopljene glave u potpunosti eliminiraju izloženost UV zračenju unutarnje polimerne obloge. Čelična ili FRP ljuska apsorbira sve UV zrake. Obloga vidi samo procesnu tekućinu.
Toplinski ciklusi i mehanički udar
Vanjske instalacije doživljavaju dnevne toplinske cikluse. PTFE ima visok koeficijent toplinske ekspanzije-otprilike 10 puta veći od čelika. Sve-PTFE glave se značajno šire i skupljaju. Fleksibilnost PTFE-a prilagođava se ovom pomicanju ako spojevi cjevovoda uključuju značajke proširenja. Čvrsto montirane sve-PTFE glave stvaraju naprezanje na spojevima.
PVDF ima niži koeficijent širenja, bliži čeliku. Toplinska naprezanja su manja. Vijčani spojevi bolje održavaju okretni moment kroz temperaturne cikluse.
Metalne-oklopljene glave koriste čelični omotač za upravljanje toplinskim širenjem. PTFE obloga pluta unutra, izolirana od strukturnih opterećenja. Prirubnički spojevi su čelik-na-čelik, čime se eliminiraju problemi puzanja polimera.
Otpornost na udarce važna je tijekom održavanja. Ključ koji je ispao može slomiti cijelu-PTFE glavu. PVDF bolje podnosi udarce. Metalne-oklopljene glave u biti su neuništive u normalnom industrijskom rukovanju.
Sažetak
Dizajn glave PTFE izmjenjivača topline za vanjsku hidrometaluršku uslugu uravnotežuje otpornost na UV zračenje, toleranciju na toplinske cikluse i mehaničku izdržljivost. Sve-PTFE glave pružaju univerzalnu kemijsku kompatibilnost i izvrsnu UV otpornost, ali ograničenu mehaničku otpornost. PVDF nudi bolju krutost i otpornost na udarce uz odgovarajuću kemijsku kompatibilnost za većinu procesa temeljenih-na sumpornoj kiselini. Metalni-oklopni dizajni pružaju maksimalnu izdržljivost po većoj cijeni.
Za stalne vanjske instalacije s visokim zahtjevima pouzdanosti, poželjne su metalne-oklopljene ili potpuno-PTFE glave. PVDF odgovara manje kritičnim aplikacijama s umjerenom izloženošću kemikalijama.
Inženjerske preporuke za izbor dizajna glave PTFE izmjenjivača topline dostupne su nakon podnošenja podataka o kemiji procesa, rasponu temperature okoline, izloženosti suncu, procjeni mehaničke opasnosti i specifikacijama spojeva cjevovoda.
