Scurgerea prin ocolire nu este o scurgere în mediul exterior, ci o scurtătură internă-coaja-fluidului lateral care curge în jurul fasciculului de tuburi în loc să îl traverseze. Acest bypass intern irosește suprafața de transfer de căldură și reduce eficiența schimbătorului, dar rămâne invizibil din exterior. Înțelegerea căilor și cauzelorSchimbător de căldură PTFE cu scurgere de bypassproblemele este esențială pentru diagnosticarea pierderii de performanță și planificarea reparațiilor eficiente. Acest ghid descrie căile comune de scurgere, cauzele acestora și acțiunile corective care restabilesc performanța termică.
Ce este scurgerea de bypass și de ce contează?
Într-un schimbător de căldură cu carcasă-și-tub, fluidul lateral-carcasa este destinat să curgă prin fascicul de tuburi, ghidat de deflectoare. Scurgerea prin bypass are loc atunci când o porțiune din acel fluid evită contactul cu tuburile, luând o cale de rezistență mai scurtă, mai mică-. Fluidul iese din schimbător cu o schimbare mică sau deloc de temperatură, reducând rata totală de transfer de căldură.
Pentru schimbătoarele de căldură din PTFE, care au deja o conductivitate termică mai mică decât unitățile metalice, scurgerea prin bypass este deosebit de dăunătoare. Un debit de bypass de 20% poate reduce coeficientul efectiv de transfer de căldură cu 25–35%, deoarece fluidul bypass nu participă la schimbul de căldură. Problema este internă și nu poate fi detectată prin inspecție vizuală externă sau prin testarea presiunii-numai prin monitorizarea performanței termice sau prin examinare internă.
Căi de scurgere de derivație primară în schimbătoarele de căldură din PTFE
Trei căi distincte permit fluidului lateral-cochiliei să ocolească fasciculul de tuburi.
1. Pachetul-la-eliberarea shell (bypass anular)
Există întotdeauna un spațiu între tuburile cele mai exterioare și peretele interior al carcasei. Acest spațiu inelar este necesar pentru a permite introducerea și îndepărtarea fasciculului de tuburi. Într-un schimbător bine proiectat-, benzi de etanșare (numite și etanșări de bypass) sau tuburi false sunt instalate în acest spațiu pentru a bloca fluxul. Benzile de etanșare sunt de obicei bare metalice plate sau benzi umplute cu PTFE-, atașate la deflectoare, extinzându-se spre exterior pentru a intra în contact cu peretele carcasei.
Când benzile de etanșare lipsesc, sunt uzate sau sunt rupte, fluidul lateral-cochiliei curge liber prin golul inelar, fără a traversa fasciculul de tuburi. Aceasta este cea mai importantă cale de ocolire.
2. Baffle-la-Shell Clearance
Deflectoarele nu se potrivesc perfect în interiorul carcasei. Există un spațiu mic (de obicei 1–3 mm) pentru a permite asamblarea și expansiunea termică. Fluidul se poate scurge în jurul marginilor fiecărei deflectoare, în special în partea de sus și de jos, unde se află tăietura deflectorului. La schimbătoarele noi, această scurgere este minoră (2–5% din debitul total). Cu toate acestea, dacă deflectoarele sunt deteriorate-îndoiate, corodate sau erodate-, spațiul liber crește, iar debitul de ocolire crește semnificativ.
Deteriorările deflectoarelor din PTFE ale schimbătorului de căldură pot fi cauzate de ciocanul de ariete (ciocanul de abur), obiectele străine transportate în fluidul lateral-cochiliei sau coroziunea componentelor deflectoarelor metalice (tuburile PTFE în sine nu se corodează, dar deflectoarele metalice și plăcile de susținere pot).
3. Tub-la-degajare a deflectorului
Fiecare tub de PTFE trece printr-un orificiu din fiecare deflector. Este necesar un spațiu liber de 0,2–0,5 mm pentru a permite mișcarea tubului flexibil din PTFE și pentru a preveni legarea în timpul expansiunii termice. Fluidul se poate scurge prin aceste mici goluri inelare. În majoritatea modelelor, scurgerile din tub-la-deflectoare sunt un factor relativ mic (de obicei<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.
Cauzele scurgerilor de by-pass în schimbătoarele de căldură din PTFE
Inspecția internă dezvăluie adesea una sau mai multe dintre următoarele condiții:
Benzi de etanșare lipsă sau uzate
Benzile de etanșare sunt atașate la deflectoare prin șuruburi, cleme sau sudură. În timp, șuruburile se pot slăbi, clemele se pot rupe sau benzile în sine se pot coroda sau eroda. În unele pachete-reparate, este posibil ca benzile de etanșare să nu fi fost reinstalate după retubare. O constatare comună este că benzile de etanșare sunt prezente doar pe câteva deflectoare sau sunt complet absente.
Deflectoare deteriorate
Deflectoarele pot fi deteriorate de:
Ciocan cu abur– Undele de șoc repetate pot îndoi sau crăpa deflectoarele metalice, în special în apropierea orificiilor tubului.
Coroziune– Deflectoarele din oțel în serviciu coroziv (chiar și cu tuburi PTFE) se pot subțire și își pot pierde forma.
Impact mecanic– În timpul introducerii sau scoaterii pachetului, deflectoarele pot fi îndoite dacă nu sunt aliniate corect.
Un deflector îndoit nu se mai potrivește perfect pe carcasă, creând un spațiu mare. Un deflector crăpat poate avea secțiuni lipsă care permit curgerea.
Degajare a carcasei supradimensionate de la designul original
Unele schimbătoare de căldură PTFE cu costuri reduse-sunt construite cu un spațiu liber excesiv-la-înveliș pentru a simplifica producția. Poate exista un spațiu liber de 10 mm sau mai mult, iar benzile de etanșare sunt fie omise, fie subdimensionate. În astfel de cazuri, scurgerile de derivație sunt inerente designului și nu pot fi corectate complet fără modificări majore.
Diagnosticarea scurgerilor de bypass fără a deschide schimbătorul
Scurgerea by-pass este suspectată atunci când:
Rata de transfer de căldură măsurată (calculată din temperaturile de intrare/ieșire și debitele) este semnificativ mai mică decât valoarea de proiectare, în ciuda tuburilor curate și fără scurgeri externe.
Căderea-de presiune din partea carcasei este mai mică decât valorile istorice pentru același debit. Căderea redusă a presiunii indică faptul că fluidul urmează o cale de rezistență mai mică-(bypass).
Schimbarea de temperatură a fluidului-laterală a carcasei (ΔT) este mai mică decât se aștepta, în timp ce temperatura de ieșire-din partea tubului este, de asemenea, în afara țintei.
Este important să excludeți mai întâi alte cauze ale performanței slabe: murdărire, substanțe ne-condensabile prinse sau debite reduse. Dacă acestea sunt eliminate, scurgerea de ocolire este vinovatul probabil.
Acțiuni corective pentru scurgeri de bypass
Reparația adecvată depinde de severitatea și accesibilitatea fasciculului de tuburi.
1. Înlocuirea benzilor de etanșare (remedierea cea mai comună)
Pentru schimbătoarele cu fascicule de tuburi detașabile, benzile de etanșare pot fi instalate sau înlocuite în timpul unei întreruperi programate. Procedura:
Capacul carcasei este îndepărtat, iar fasciculul de tuburi este retras.
Deflectoarele sunt inspectate. Canelurile existente ale benzilor de etanșare sunt curățate de reziduuri și coroziune.
Noile benzi de etanșare (de obicei țesătură impregnată cu PTFE-, benzi metalice cu arc sau bare solide din PTFE) sunt tăiate la lungime și introduse în canelurile de pe fiecare deflector. Benzile ar trebui să se extindă spre exterior pentru a intra în contact cu peretele interior al carcasei cu o ușoară potrivire prin interferență (compresie de 0,2-0,5 mm).
Benzile sunt fixate cu șuruburi sau prin șlefuirea marginilor deflectoarelor (pentru benzi metalice). În unele modele, benzile sunt ținute de presiunea carcasei împotriva deflectorului.
Pachetul este reinstalat, iar schimbătorul este testat.
Această reparație restabilește de obicei 90-100% din performanța pierdută dacă deflectoarele în sine sunt nedeteriorate.
2. Repararea sau înlocuirea deflectoarelor
Dacă deflectoarele sunt îndoite, crăpate sau corodate, benzile de etanșare singure nu vor repara bypass-ul. Deflectoarele deteriorate trebuie reparate sau înlocuite. Pentru schimbătoarele de căldură PTFE, deflectoarele sunt de obicei metalice (oțel inoxidabil sau oțel carbon) și pot fi:
Îndreptat– Îndoirile minore pot fi presate plat într-o presă hidraulică.
Sudate– Fisurile sunt sudate și șlefuite. Aveți grijă să nu denaturați deflectorul.
Înlocuit– Deflectoarele grav deteriorate sunt tăiate din pachet și noi deflectoare sunt filetate pe tuburile PTFE. Aceasta este o operație-intensă de muncă, adesea efectuată în timpul unei retuburi complete.
După repararea deflectorului, sunt instalate noi benzi de etanșare.
3. Shell-Ajustarea debitului lateral (atenuare temporară)
Pentru situațiile în care dezasamblarea imediată nu este posibilă, ajustările de funcționare pot compensa parțial scurgerea prin bypass. Creșterea debitului-partea carcasei crește viteza atât prin fascicul de tuburi, cât și prin golurile de ocolire. Deoarece căderea de presiune crește odată cu pătratul vitezei, un debit mai mare poate îmbunătăți proporția de fluid care traversează efectiv tuburile. Cu toate acestea, acest lucru nu fixează cauza principală și crește energia de pompare. Este considerată doar o măsură temporară.
4. Reproiectare pentru probleme severe de autorizare
În schimbătoarele cu spațiu liber supradimensionat în mod inerent al carcasei (design original slab), se poate încerca montarea ulterioară cu benzi de etanșare mai groase sau instalarea de tuburi false în spațiul inelar. Tuburile false sunt lungimi scurte de tuburi PTFE care sunt plasate în găurile cele mai exterioare ale tubului, dar sunt sigilate la capetele foii tubulare, astfel încât să nu curgă fluid prin ele. Ocupă spațiu și blochează bypass-ul. Această abordare necesită găuri suplimentare în deflectoare și foi de tub și este de obicei realizată de un atelier de reparații specializat.
Descriere-diagramă în secțiune transversală (reprezentare text)
Următoarea descriere ilustrează căile de ocolire într-un schimbător de căldură-și-tuburilor tipice din PTFE, așa cum sunt văzute într-o secțiune transversală-:
Cercul exterior reprezintă peretele interior al cochiliei.
În interior, o matrice circulară de cercuri mici reprezintă tuburile PTFE.
Distanța dintre cercurile cele mai exterioare ale tubului și peretele interior al carcasei este distanța dintre pachetul-la-cochilie (calea de ocolire inelară). Într-un schimbător bine proiectat-, benzi de etanșare (descrise ca dreptunghiuri mici atașate la deflector) ies în afară în acest spațiu, aproape atingând peretele carcasei.
Un deflector este afișat ca o linie orizontală care traversează interiorul carcasei, cu decupaje (fereastra deflectorului) în partea de sus și de jos. Fluidul care curge în jurul marginilor deflectorului-prin deflector-la-degajarea cochiliei-este arătat ca săgeți care trec între vârful deflectorului și peretele carcasei.
Săgețile mici dintre tuburile individuale și deflector reprezintă scurgerile din tub-la-deflector.
Benzile de etanșare blochează bypass-ul inelar. Când lipsesc, săgețile mari indică fluxul neobstrucționat prin golul inelar.
Prevenirea scurgerilor de bypass
Scurgerile de derivație sunt cel mai bine prevenite în timpul proiectării și asamblarii inițiale:
Specificați construcția TEMA clasa R sau B– Aceste standarde definesc distanțe maxime și necesită benzi de etanșare pentru diametrele carcasei peste o anumită dimensiune.
Folosiți benzi duble de etanșare– Două rânduri de benzi de etanșare per deflector asigură redundanță.
Inspectați benzile de etanșare în timpul retubării– Orice benzi lipsă sau deteriorate sunt înlocuite înainte de reasamblare.
Evitați ciocanul de ariete– După cum sa discutat în ghidurile aferente, ciocanul de abur deteriorează deflectoarele și slăbește atașamentele benzii de etanșare.
O inspecție internă periodică (la fiecare 3-5 ani) ar trebui să includă verificarea etanșeității benzilor de etanșare și a stării deflectoarelor. Dacă se suspectează mai devreme o scurgere de derivație, un test de cădere de presiune la un debit cunoscut poate fi comparat cu datele de referință.
Concluzie
Scurgerea prin bypass este o problemă de proiectare și întreținere care degradează performanța schimbătorului de căldură PTFE în mod silențios. Căile principale sunt degajarea pachetului-la-cochilie (ocolire inelară) și spațiul liber-la-cochilie. Benzile de etanșare lipsă sau uzate și deflectoarele deteriorate sunt cele mai frecvente cauze. Inspecția internă dezvăluie adesea aceste probleme. Acțiunile corective includ înlocuirea benzilor de etanșare, repararea sau înlocuirea deflectoarelor deteriorate și, ca măsură temporară, creșterea fluxului lateral-caroiului. Pentru probleme severe de degajare, pot fi necesare tuburi false sau reproiectare. OSchimbător de căldură PTFE cu scurgere de bypassproblema poate reduce transferul de căldură cu 10-30%, dar majoritatea cazurilor sunt complet corectabile în timpul unei întreruperi planificate. Fabricarea corectă cu benzi de etanșare adecvate și inspecții interne periodice păstrează eficiența termică și prelungesc durata de viață.
