Pokretač troškova termičkog ciklusa
Sustav grijanja kemijskog reaktora mijenja se od 25 stupnjeva do 150 stupnjeva i natrag dva puta dnevno-730 punih toplinskih ciklusa godišnje. Svaki ciklus opterećuje materijale izmjenjivača topline kroz različito toplinsko širenje između površine za prijenos topline i strukturne podloge.
Staklom obloženi čelični izmjenjivači topline konstruirani su stapanjem borosilikatnog staklenog sloja s čeličnom ljuskom na približno 850 stupnjeva. Staklo i čelik imaju različite koeficijente toplinske ekspanzije: staklo 3-6 × 10⁻⁶/ stupanj, čelik 12-15 × 10⁻⁶/ stupanj. Razlika 2-4× znači da se tijekom svakog toplinskog ciklusa staklo i čelik šire i skupljaju različitim brzinama. Smično naprezanje se razvija na granici staklo-čelik.
PTFE izmjenjivači topline nemaju sučelje. Stijenka cijevi je homogeni fluoropolimer. Toplinsko širenje se prilagođava elastičnom deformacijom cijele debljine stijenke. Ne razvija se diferencijalni napon. Implikacija troškova održavanja ove fundamentalne razlike je značajna tijekom vijeka trajanja opreme mjerenog desetljećima.
Način kvara pri pucanju stakla
Pod ponovljenim toplinskim ciklusima, kumulativno posmično naprezanje na sučelju stakla-čelika uzrokuje progresivna oštećenja. Mikro-pukotine nastaju na mikroskopskim defektima u staklenim-mjehurićima, inkluzijama ili tankim mrljama od izvorne izrade. Svaki toplinski ciklus lagano produljuje pukotine.
Na kraju se pukotine spajaju i komad stakla se odvaja od čelične podloge. Ovo je pucanje. Ispupano područje izlaže goli čelik procesnoj kemikaliji. U radu s kiselinom, čelik brzo korodira. Proizvodi korozije mogu kontaminirati proces. Izloženo područje raste kako kemikalija potkopava susjedno staklo. Izmjenjivač topline mora se isključiti iz upotrebe radi ponovnog stakla.
Ponovno staklo nije popravak na terenu. Cijeli izmjenjivač mora biti uklonjen, otpremljen u specijaliziranu ustanovu, očišćen od preostalog stakla, ponovno ostakljen, pečen, ispitan i vraćen. Proces traje 4-8 tjedana. Proizvodnja se gubi tijekom trajanja osim ako nije dostupan rezervni izmjenjivač. Trošak rezervnog-kupljenog, pohranjenog i održavanog mora biti uključen u trošak životnog ciklusa.
Tablica 1: Usporedba troškova održavanja tijekom 10 godina (730 toplinskih ciklusa/godina, 25-150 stupnjeva)
| Element troškova održavanja | Staklo-čelik obložen | PTFE |
|---|---|---|
| Očekivani vijek trajanja staklene obloge pod toplinskim ciklusima (godine) | 3-6 | N/A (bez podstave) |
| Prestakljivanje događanja preko 10 godina | 1-3 | 0 |
| Trošak ponovnog stakla po događaju (% nove opreme) | 50-80% | N/A |
| Zastoj po događaju ponovnog stakla (tjedni) | 4-8 | N/A |
| Potreban rezervni izmjenjivač | Da (za održavanje proizvodnje tijekom ponovnog stakla) | Ne |
| Troškovi godišnjeg pregleda | Umjereno (testiranje iskrama za oštećenja stakla) | Niska (vizualna + ultrazvučna debljina) |
| Mogućnost popravka na terenu | Ništa (bilo kakvo oštećenje stakla=tvornički popravak) | Da (začepljenje cijevi ili zamjena) |
| Zastoj u popravljanju manjih oštećenja | Tjedni (tvorničko staklo) | Sati (popravak na terenu) |
| Ukupni 10-godišnji troškovi održavanja (relativni) | 2-4× početni trošak opreme | 0,1-0,3× početni trošak opreme |
Prednost popravka na terenu
Kada PTFE cijev izmjenjivača topline procuri-obično nakon mnogo godina rada zbog stanjivanja zbog puzanja-popravak se izvodi na terenu. Oštećena cijev se identificira tlačnim ispitivanjem. Začepljen je na oba priključka PTFE čepovima. Izmjenjivač se vraća u rad unutar nekoliko sati, radeći malo smanjenim kapacitetom.
Ako je smanjenje kapaciteta zbog začepljenja neprihvatljivo, oštećena cijev ili dio snopa cijevi može se zamijeniti tijekom sljedećeg planiranog isključivanja zbog održavanja. Zamjena je mehanička: odvijte kompresijske priključke, uklonite oštećenu cijev, umetnite novu cijev, ponovno-zategnite spojeve. Nije potrebna specijalizirana ustanova. Popravak dovršava osoblje za održavanje postrojenja korištenjem standardnih alata.
Ova mogućnost popravka na terenu eliminira potrebu za rezervnim izmjenjivačem. Eliminira prekid proizvodnje od 4-8 tjedana za ponovno staklo u tvornici. Omogućuje planiranje i kontrolu održavanja umjesto da ga diktiraju događaji kvara stakla.
Kontrast jednostavnosti pregleda
Čelik obložen-staklom zahtijeva povremeno ispitivanje iskrenjem kako bi se otkrili nedostaci stakla. Visok{2}}naponska sonda prolazi preko staklene površine; iskra ukazuje na nedostatak koji prodire do čelika. Test zahtijeva da izmjenjivač bude prazan i suh. Oduzima puno vremena-i otkriva samo nedostatke koji već postoje-ne može predvidjeti kada će se pojaviti sljedeći nedostatak.
PTFE izmjenjivači topline pregledavaju se ultrazvučnim mjerenjem debljine stijenke-brzim, ne-destruktivnim i izvodljivim bez uklanjanja izmjenjivača iz upotrebe. Mjerenja prate sporo, predvidljivo napredovanje stanjivanja od puzanja. Buduća debljina zida može se predvidjeti iz trenutnih mjerenja, što omogućuje planiranje zamjene godinama unaprijed.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline nude znatno niže troškove održavanja od čelika obloženog staklom-u termičkom ciklusu jer PTFE nema obloge koje bi se mogle lomiti, nema dodira različitog materijala na zamor i konstrukciju-popravljivu na terenu koja eliminira potrebu za tvorničkim ponovnim staklom i rezervnim izmjenjivačima. Tijekom razdoblja od 10- godina, troškovi održavanja PTFE-a su 0,1-0,3 puta veći od početne cijene opreme, u usporedbi s 2-4 puta za čelik obložen staklom.
Sposobnost popravka PTFE izmjenjivača na terenu u roku od nekoliko sati, u usporedbi s tjednima potrebnim za ponovno staklo, pruža prednosti dostupnosti proizvodnje koje često premašuju izravne uštede troškova održavanja.
Inženjerska analiza za izbor materijala izmjenjivača topline s termičkim ciklusom dostupna je nakon podnošenja raspona radne temperature, učestalosti ciklusa, kemije procesa, podataka o tekućim troškovima održavanja i podataka o troškovima zastoja u proizvodnji.
