Factorul de cost al ciclismului termic
Un sistem de încălzire a unui reactor chimic circulă de la 25 la 150 de grade și înapoi de două ori pe zi - 730 de cicluri termice complete pe an. Fiecare ciclu solicită materialele schimbătoarelor de căldură prin dilatare termică diferențială între suprafața de transfer de căldură și substratul structural.
Schimbătoarele de căldură din oțel căptușite-sticlă sunt construite prin topirea unui strat de sticlă borosilicată cu o carcasă de oțel la aproximativ 850 de grade . Sticla și oțelul au coeficienți de dilatare termică diferiți: sticlă la 3-6 × 10⁻⁶/ grad , oțel la 12-15 × 10⁻⁶/ grad . Diferența de 2-4x înseamnă că, în timpul fiecărui ciclu termic, sticla și oțelul se extind și se contractă la viteze diferite. Tensiunea de forfecare se dezvoltă la interfața sticlă-oțel.
Schimbătoarele de căldură din PTFE nu au interfață. Peretele tubului este fluoropolimer omogen. Dilatarea termică este găzduită de deformarea elastică a întregii grosimi a peretelui. Nu se dezvoltă stres diferențial. Implicația costurilor de întreținere a acestei diferențe fundamentale este substanțială pe durata de viață a echipamentului măsurată în decenii.
Modul de eroare a ruperii sticlei
Sub cicluri termice repetate, efortul de forfecare cumulativ la interfața din sticlă-oțel cauzează o deteriorare progresivă. Micro-fisurile inițiază la defecte microscopice ale bulelor-de sticlă, incluziuni sau pete subțiri din fabricația originală. Fiecare ciclu termic extinde ușor fisurile.
În cele din urmă, fisurile se conectează și o bucată de sticlă se separă de substratul de oțel. Aceasta este ruperea. Zona ruptă expune oțelul gol la substanța chimică de proces. În serviciul acid, oțelul se corodează rapid. Produsele de coroziune pot contamina procesul. Zona expusă crește pe măsură ce substanța chimică subminează sticla adiacentă. Schimbătorul de căldură trebuie scos din funcțiune pentru reglare.
Refacerea sticlei nu este o reparație pe teren. Întregul schimbător trebuie îndepărtat, expediat la o unitate specializată, îndepărtat de sticla rămasă, reglat, ars, testat și returnat. Procesul durează 4-8 săptămâni. Producția se pierde pe toată durata, cu excepția cazului în care este disponibil un schimbător de rezervă. Costul unei piese de schimb-achizitionate, stocate și întreținute - trebuie inclus în costul ciclului de viață.
Tabelul 1: Comparația costurilor de întreținere pe parcursul a 10 ani (730 de cicluri termice/an, 25-150 de grade)
| Element de cost de întreținere | Sticlă-Oțel căptușit | PTFE |
|---|---|---|
| Durata de viață estimată a căptușelii de sticlă sub ciclu termic (ani) | 3-6 | N/A (fără căptușeală) |
| Reglassarea evenimentelor de peste 10 ani | 1-3 | 0 |
| Costul reembrazării pe eveniment (% din echipamentele noi) | 50-80% | N/A |
| Timp de nefuncționare per eveniment de reglare (săptămâni) | 4-8 | N/A |
| Este necesar un schimbător de rezervă | Da (pentru a menține producția în timpul reglajului) | Nu |
| Costul inspecției anuale | Moderat (testare cu scântei pentru defecte de sticlă) | Scăzut (grosime vizuală + ultrasonică) |
| Capacitate de reparare pe teren | Niciuna (orice deteriorare a sticlei=reparație din fabrică) | Da (astupare sau înlocuire a tubului) |
| Reparați timpul de oprire pentru daune minore | Săptămâni (reglas din fabrică) | Ore (reparații pe teren) |
| Cost total de întreținere pe 10 ani (relativ) | 2-4× costul echipamentului inițial | 0,1-0,3× costul echipamentului inițial |
Avantajul reparației pe teren
Când un tub de schimbător de căldură din PTFE dezvoltă o scurgere-de obicei după mulți ani de funcționare din cauza subțierii prin fluaj-reparația este efectuată pe teren. Tubul deteriorat este identificat prin testarea presiunii. Este conectat la ambele colectoare cu dopuri din PTFE. Schimbătorul revine în funcțiune în câteva ore, funcționând la o capacitate ușor redusă.
Dacă reducerea capacității de la astupare este inacceptabilă, tubul deteriorat sau secțiunea fasciculului de tuburi poate fi înlocuită în timpul următoarei opriri de întreținere programate. Înlocuirea este mecanică: deșurubează fitingurile de compresie, scoateți tubul deteriorat, introduceți un tub nou, re-strângeți fitingurile. Nu este necesară nicio facilitate specializată. Reparația este finalizată de personalul de întreținere a instalației folosind unelte standard.
Această reparabilitate pe teren elimină necesitatea unui schimbător de rezervă. Elimină întreruperea producției de 4-8 săptămâni pentru reglarea din fabrică. Acesta permite întreținerea să fie programată și controlată, mai degrabă decât dictată de evenimentele de defectare a sticlei.
Contrastul simplității inspecției
Oțelul căptușit-sticlă necesită teste periodice de scânteie pentru a detecta defectele sticlei. O sondă de înaltă-tensiune este trecută peste suprafața de sticlă; o scânteie indică un defect care pătrunde în oțel. Testul necesită ca schimbătorul să fie gol și uscat. Este nevoie de timp-și detectează numai defectele care există deja-nu poate prezice când se va forma următorul defect.
Schimbătoarele de căldură din PTFE sunt inspectate prin măsurarea cu ultrasunete a grosimii peretelui-rapidă, ne-distructivă și realizabilă fără a scoate schimbătorul din funcțiune. Măsurătorile urmăresc progresia lentă și previzibilă a subțierii prin fluaj. Grosimea viitoare a peretelui poate fi proiectată din măsurătorile curente, permițând planificarea înlocuirii cu ani în avans.
Rezumat
Schimbătoarele de căldură din PTFE oferă costuri de întreținere substanțial mai mici decât oțelul căptușit cu sticlă-în funcționare cu ciclu termic, deoarece PTFE nu are căptușeală care să se scadă, nu are o interfață diferită a materialului cu oboseala și o construcție reparabilă pe teren-care elimină nevoia de reglare din fabrică și schimbătoare de rezervă. Pe o perioadă de 10-ani, costurile de întreținere PTFE sunt de 0,1-0,3 ori mai mari decât costul inițial al echipamentului, comparativ cu 2-4 ori pentru oțelul căptușit cu sticlă.
Capacitatea de a repara schimbătoarele de PTFE pe teren în câteva ore, față de săptămânile necesare pentru reglarea sticlei, oferă avantaje de disponibilitate a producției care depășesc adesea economiile directe ale costurilor de întreținere.
Analiza de inginerie pentru selecția materialului schimbătorului de căldură cu ciclu termic este disponibilă la trimiterea intervalului de temperatură de funcționare, frecvența ciclului, chimia procesului, înregistrările curente ale costurilor de întreținere și datele privind costurile de oprire a producției.
