Kā visus{0}}fluorpolimēru siltummaiņus var salīdzināt ar metālu apmainītājiem ar fluorpolimēru oderējumu?

Attiecībā uz koroziju, kad spiediens vai temperatūra pārsniedz cieto fluorpolimēru robežas, metāla siltummainis, kas iekšēji izklāts ar fluorpolimēru, ir kompromiss. Tiek apspriesti kompromisi saistībā ar šīs tehnikas uzticamību, izmaksām un veiktspēju salīdzinājumā ar visu-fluorpolimēru apmainītāju. Šīs neatbilstības ir ļoti svarīgas procesu inženieriem, kuri projektē siltuma pārneses iekārtas ļoti agresīvām skābēm, jauktas skābes kodināšanas līnijām vai izaicinošiem ķīmiskajiem reaktoriem.

Konstrukciju veidi: kā novērst fluorpolimēru koroziju divos veidos
Visi -fluorpolimēru siltummaiņi ir pilnībā izgatavoti no fluorpolimēru materiāliem, piemēram, PTFE (politetrafluoretilēns), PFA (perfluoralkoksialkāns) vai FEP (fluorēts etilēnpropilēns). Cietu fluorpolimēru izmanto apvalkam (ja tāds ir), cauruļu saišķim, cauruļu loksnēm un visām samitrinātajām iekšējām virsmām. Visizplatītākās konfigurācijas ir apvalka-un-caurule (PTFE vai PFA caurule) un iegremdēšanas spoles. Kodīgajam procesa šķidrumam nepieskaras neviena metāla daļa.

Fluorpolimēru{0}}oderēti metāla apmainītāji sastāv no metāla apvalka, kas notur spiedienu, un cauruļu loksnes, kas izgatavotas no oglekļa tērauda, ​​nerūsējošā tērauda vai citiem sakausējumiem. Pēc tam iekšējās virsmas, kas saskaras ar korozīvo šķidrumu, tiek izklātas ar fluorpolimēru, parasti PTFE vai PFA. Oderēšanas tehnika:

Lokšņu oderējums: PTFE loksnes ir metinātas vai pielīmētas pie metāla pamatnes.

Izsmidzināms vai elektrostatiskais pārklājums: tiek uzklāti un saķepināti plānāki fluorpolimēru pārklājumi.

Brīva odere: noņemama PTFE zeķe, kas atrodas metāla apvalkā.

Oderes biezums parasti ir no 0,5 līdz 1,5 milimetriem atkarībā no pielietojuma un starplikas veida.

Spiediena novērtējums: lielais ieguvums no metāla apmainītājiem ar oderējumu
Būtiskākā atšķirība starp abām sistēmām ir to spiediena ierobežošanas spēja.

Visu -fluorpolimēru apmainītāju spiedienu ierobežo paša fluorpolimēra mehāniskā izturība. PTFE un PFA ir zema stiepes izturība (parasti 20–30 MPa), un, vēl svarīgāk, tie uzrāda šļūdei (aukstā plūsma) ilgstošas ​​slodzes apstākļos. Augstākā spiedienā fluorpolimērs deformējas, izraisot caurules sabrukšanu, caurules loksnes noplūdi vai apvalka plīsumu. Visiem fluorpolimēru apvalka -un -caurules apmainītājiem raksturīgie praktiskie maksimālie darba spiediens ir 3–5 bar (45–75 psi) fluorpolimēra pusē. Daži īpaši pastiprināti modeļi sasniedz 7 bārus, lai gan tie ir reti.

No otras puses, metāla apmainītāji ar oderējumu ir atkarīgi no metāla apvalka un cauruļu loksnēm, lai nodrošinātu spiedienu. Oglekļa tērauds var droši izturēt spiedienu 10 bāri, 20 bāri vai vairāk, ko ierobežo tikai konstrukcijas kods (piemēram, ASME VIII sadaļa) un atloka nominālie rādītāji. Fluorpolimēra oderējums nav atkarīgs no strukturālās integritātes, tas ir tikai korozijas barjera. Augstspiediena skābju apkalpošanā, piemēram, rafinēšanas rūpnīcās, ķīmiskajās rūpnīcās vai augstspiediena sālsskābes skruberos, parasti ir vienīgā iespēja, kas nav izgatavota no metāla, ar oderējumu.

Temperatūras ierobežojumi; Svarīgas atšķirības un līdzības
Paša fluorpolimēra maksimālā nepārtrauktā temperatūra ir līdzīga visiem -fluorpolimēru un oderēto fluorpolimēru apmainītājiem. Virs aptuveni 200 grādiem (392 grādiem F) PFA un 260 grādiem (500 F) PTFE gan PTFE, gan PFA sāk mīkstināt un ievērojami slīdēt īsās ekspozīcijās. Taču praktiskā nepārtrauktā darba temperatūra ir zemāka:

Visi fluorpolimēru apmainītāji: parasti ierobežots līdz 110-120 grādiem PTFE (jo tas slīd zem caurules spiediena starpības) un 150-180 grādiem PFA (sienas biezuma un atbalsta konstrukcijas dēļ).

Metāla apmainītāji ar oderējumu: starpliku atbalsta metāla pamatne, tādējādi tiek novērsta liela deformācija. Viņi var strādāt augstākā temperatūrā. Tērauda apmainītāji ar PTFE-oderējumu parasti tiek izmantoti 180–200 grādu (nepārtraukti) un līdz 230 grādu īsu laiku. Ieliktņa caurlaidība un starplikas pieķeršanās metālam kļūst par ierobežojošo elementu.

Jāņem vērā, ka paaugstinātā temperatūrā visiem fluorpolimēriem ir paaugstināta caurlaidība pret dažām gāzēm un sīkām molekulām (piemēram, hloru, hlorūdeņradi). Apmainītājiem ar oderējumu pastāv papildu risks, ka tvaiku caur starpliku var kondensēties pie metāla kontakta, kas var izraisīt slēptu koroziju.

Korozijas uzticamība: vienmērīga aizsardzība vai starplikas atteices risks
Visi -fluorpolimēru apmainītāji nodrošina vienmērīgu, nepārtrauktu izturību pret koroziju visā mitrinātajā virsmā. Nav šuvju, caurumu vai metāla saskarnes, kas pakļautas procesa šķidrumam. Fluorpolimērs ir vienmērīgs sienas biezumā. Pat ja virsma ir noskrāpēta vai noberzta, materiāls, kas atrodas zem tā, joprojām ir ķīmiski izturīgs. Šis dizains novērš "slēptās korozijas" briesmas zem oderējuma.

Metāla apmainītājiem ar oderējumu ir vairāki atteices scenāriji, kas nav sastopami visos -fluorpolimēru konstrukcijās:

Caurumi vai tukšumi oderē - pat ļoti mazi defekti (mazāki par 0,1 mm) ļauj kodīgiem šķidrumiem piekļūt metāla pamatnei. Korozijas produkti var izraisīt čaulas veidošanos vai atslāņošanos pēc metāla korozijas sākuma, kas var izraisīt paātrinātu bojājumu.

Starpliku atdalīšana - Saikne starp fluorpolimēra starpliku un metāla pamatni nekad nav perfekta. Siltuma cikliskums var izraisīt diferenciālu izplešanos (PTFE izplešas ~7 reizes vairāk nekā tērauds, kā norādīts iepriekšējās sadaļās), kā rezultātā starplika var atrauties no sienas. Iegūtā telpa var iesprostīt caurlaidīgo skābi un izraisīt lokālu uzbrukumu.

Caurlaidība un kondensācija - Dažas skābes (īpaši HCl paaugstinātā temperatūrā) iefiltrējas plānā starpliku. Ja metāla apvalks ir vēsāks par procesa pusi (kā tas bieži notiek dzesēšanas darbos), caurdurtā skābe kondensējas uz metāla virsmas, radot koroziju no iekšpuses uz āru. Šis ir izplatīts atteices režīms ar PTFE oderētām tērauda iekārtām.

Bojājumi ekspluatācijas vai uzstādīšanas vai apkopes laikā - Ieliktņus var viegli sagriezt, saskrāpēt vai iespiest ar instrumentiem. Viens dziļš skrāpējums var būt neveiksmes sākuma brīdis.

Būtībā galvenā problēma ar oderētiem siltummaiņiem ir tāda, ka neliels nemanāms caurums dažu nedēļu vai mēnešu laikā var izraisīt katastrofālu sabrukumu, savukārt fluorpolimēru siltummainis varēs droši turpināt darbību. Alternatīvi, profesionāli ražots un pareizi uzturēts siltummainis ar oderējumu var kalpot daudzus gadus spiedienā un temperatūrā, kas nav iespējama ar cieto fluorpolimēru sistēmām.

Izmaksu salīdzinājums Sākotnējais ieguldījums un dzīves cikla{0}}apsvērumi
Zema spiediena un zemas temperatūras darbiem visi{0}}fluorpolimēru siltummaiņi bieži vien ir lētāki. Materiāli (PTFE vai PFA caurules, loksnes) parasti ir lēti. Ražošanai nepieciešama fluorpolimēru sastāvdaļu termiskā blīvēšana vai metināšana.

Metāla apmaiņu ar caurulēm būvniecība ir dārgāka. Metāla apvalka un cauruļu loksnes ir jāizgatavo atbilstoši spiedtvertņu kodiem un pēc tam jāizklāj ar fluorpolimēru — darbietilpīgs process, kurā iesaistīti speciālisti, kvalitātes kontrole (caurumu dzirksteļu pārbaude) un specializēta fluorpolimēru lokšņu metināšana. Rezultātā oderēta siltummaiņa sākotnējā iegādes cena ir par 30–100% lielāka nekā tāda paša siltuma pārneses zonas fluorpolimēru apmaiņas ierīce.

Tomēr augstspiediena lietojumos (piem., . 10 bar vai augstāks) tikai -fluorpolimēru siltummainis var nebūt praktisks. Šādos gadījumos vienīgā alternatīva ir oderēts siltummainis- vai metālu sakausējumu siltummainis. Pēc tam izmaksu salīdzinājums pāriet uz oderētu fluorpolimēru pret eksotiskiem sakausējumiem (titānu, tantalu, Hastelloy). Šis salīdzinājums parasti parāda oderētu fluorpolimēru kā lielu izmaksu ietaupījumu.

Kopsavilkuma salīdzinājums - Metāla siltummainis ar visām-fluorpolimēru un fluorpolimēru oderes funkcijāmVisas fluorpolimēra apmainītāja fluorpolimēra-izklātas metāla siltummainis
Tipisks spiediena rādītājs 3–5 bar (ierobežo fluorpolimēra šļūde) 10–20 bar+ (ierobežo metāla korpusa dizaina kods)
Maksimālā nepārtrauktā temperatūra 110-120 grādi (PTFE); 150-180 grādi (PFA) 180-200 grādi (PTFE starplika ar metāla balstu)
Izturība pret koroziju Teicama, konsekventa aizsardzība, nerūsē metāls. Labi, bet iespējama caurumu, atslāņošanās un caurlaidības korozija
Ieliktņa problēmas gadījumā, atteice moden/a (bez starplikas) Ātra metāla korozija Iespējamas katastrofālas noplūdes
Testēšana un pārbaudeVizuālā un elektriskā nepārtrauktība (vienkārša) Nepieciešama dzirksteļu pārbaude (caurumu identifikācija). Būs nepieciešama bieža pārklāšana.
Pirmā cena Zemāka zema spiediena darbiem Vairāk (spiedientvertne + oderējuma darbs)
Apkopes risks Zems; nav starplikas nomaiņas Vidēja līdz augsta; apkopes laikā čaula var tikt bojāta
Tipiski pielietojumi Galvanizācijas apsildīšana/dzesēšana, atmosfēras skābes skruberi, zemspiediena kodināšanas vannas Augsta-spiediena HCl dzesētāji, koncentrētas skābes siltummaiņi rafinēšanas rūpnīcās, ķīmiskie reaktori.
Lēmuma vadlīnijas: kā izvēlēties pareizo tehnoloģiju
Lēmumam izmantot visu-fluorpolimēru vai metāla apmainītāju ar oderējumu ir jābalstās uz spiediena un temperatūras prasībām un pieļaujamo atteices riska līmeni.

Izvēlieties tikai{0}}fluorpolimēru siltummaini, ja:

Darba spiediens ir mazāks par 5 bāriem (75 psi).

Temperatūra ir zemāka par 120 grādiem (PTFE) vai 180 grādiem (PFA).

Absolūta uzticamība pret koroziju ir būtiska. Nav pieļaujama nekāda cauruma vai starplikas bojājums.

Procesa šķidrums ir oksidējošas skābes vai jauktas skābes, un neliels kontakts ar metāliem izraisīs ātru atteici.

Vēlamas zemākas sākotnējās kapitāla izmaksas.

Siltummainis atrodas vietā, kur noplūde nav pieļaujama (piemēram, virs jutīgas iekārtas vai tīras telpas vidē).

Izvēloties metāla siltummaini ar fluorpolimēra oderi:

Darba spiediens ir virs 5 bāriem un var būt virs 20 bāriem vai lielāks.

Temperatūra ir zemāka par 200 grādiem un lielāka par 120 grādiem

Procesa šķidrums ir adekvāti raksturots un nesatur vielas, kas palielina starplikas caurlaidību (piemēram, karstā HCl gāze).

Pastāv stingra pārbaudes un apkopes programma, kas ietver periodisku starplikas dzirksteļu pārbaudi.

Eksotiskie metālu sakausējumi (titāns, tantals) ir pārāk dārgi, tāpēc oderēts tērauds ir rentabls risinājums.

Ja ir uzstādītas liekas drošības ierīces (noplūdes noteikšana, sekundārā ierobežošana), ir pieļaujama zināma starplikas atteices iespēja.

Oderēti PTFE apmainītāji ir tradicionāls risinājums augstspiediena skābju pakalpojumiem, kas raksturīgi rafinēšanas rūpnīcām un lielām ķīmiskām iekārtām, piemēram, sālsskābes dzesētājiem pie 10 bāriem un 150 grādiem. Tomēr lielākā daļa uzstāda noplūdes noteikšanas ierīces (vadītspējas zondes starp starpliku un apvalku), lai savlaicīgi brīdinātu par starplikas pārrāvumu.

Secinājums: Uzticamības un drošības prasības Vadiet izvēli
Visi -fluorpolimēru siltummaiņi izslēdz metālu no mitrinātā ceļa, lai nodrošinātu maksimālu izturību pret koroziju. Nav atdalošas oderes, nav korozijas cauruma un nav slēpta metāla substrāta, kas varētu sabojāt. Bet to spiediena un temperatūras diapazoni ir mazi.

Fluoropolimēru{0}}oderētie metālmaiņi ir aprīkoti ar metāla apvalku, kas ļauj darboties augstākā spiedienā un temperatūrā. Kompromiss ir tāds, ka tas ir sarežģītāks, dārgāks palaišanā, un tajā tiek ieviesti jauni atteices režīmi-caurumi, atdalīšana, caurlaidība-, kas nav sastopami visos-fluorpolimēru konstrukcijās.

Procesu inženieriem ir rūpīgi jāapsver šie kompromisi{0}}. Visi -fluorpolimēru apmainītāji parasti ir labākais risinājums zema spiediena un augstas uzticamības lietojumiem. Stingra kvalitātes kontrole, pārbaude un noplūdes noteikšana ir nepieciešama augsta spiediena un augstas temperatūras darbiem, kur oderēts fluorpolimērs ir vienīgā izvēle, kas nav izgatavota no metāla. Šim galvenajam dizaina lēmumam ir jābūt balstītam uz drošības un uzticamības kritērijiem, nodrošinot, ka izvēlētā siltummaiņa tehnoloģija ir piemērota konkrētajiem ķīmiskā procesa apdraudējumiem un darbības apstākļiem.