Kādi ir necaurlaidīgu grafīta siltummaiņu bieži sastopamie atteices režīmi ķīmiskajā servisā?

Pastāv vairāki atšķirīgi mehānismi, kas bieži vien ir galvenais grafīta siltummaiņa atteices cēlonis. Operatori to saprot, lai pagarinātu kalpošanas laiku un izvairītos no neplānotiem izslēgšanas gadījumiem. Grafīts, necaurlaidīgs grafīts, ir spēcīga viela kodīgai lietošanai, bet nav imūna pret bojājumiem. Necaurlaidīgs grafīts bieži ir grafīts, kas piesūcināts ar PTFE, fenola sveķiem vai oglekli. Visizplatītākie grafīta siltummaiņu atteices veidi ir sveķu noārdīšanās, termiskā trieciena plaisāšana un erozija. Katram veidam ir atšķirīgi simptomi, cēloņi un profilakse.

Sveķu noārdīšanās: kluss necaurlaidības zudums
Impregnējošie sveķi aizpilda porainā grafīta substrāta caurumus un nodrošina necaurlaidīgā grafīta hermētiskumu{0}}. Sveķiem (bieži vien fenola, dažreiz PTFE vai furāna) ekspluatācijas laikā jāsaglabā strukturālā integritāte un pieķeršanās grafītam. Sveķu bojājums notiek, ja ekspluatācijas apstākļi pārsniedz sveķu termiskās vai ķīmiskās robežas.

Siltuma degradācija
Fenola sveķi sāk sadalīties temperatūrā virs aptuveni 200C (atkarībā no precīzas sastāva). Noārdīšanās process rada gaistošus blakusproduktus un izraisa sveķu saraušanos, pārogļošanos vai mīkstināšanu. Kad līme ir atkāpusies no poru tīkla, grafīts atkal kļūst porains, ļaujot absorbēt korozīvos šķidrumus. Tas nozīmē apvalkā-un-caurules vai bloka apmainītājā:

Šķērspiesārņojuma korpusa un caurules puse.

Noplūde blīvējuma savienojumos sveķu zuduma dēļ, kas iznīcina blīvējumu.

Lēna siltuma pārneses efektivitātes samazināšanās, noārdoties vai nogulsnējot bojātus sveķu produktus.

Ķīmiskā karadarbība
Dažas vielas kaitē impregnēšanas sveķiem, pat ja netiek ietekmēts pats grafīta substrāts. Fenola sveķus ātri hidrolizē spēcīgi kodīgi šķīdumi (nātrija hidroksīds, kālija hidroksīds) paaugstinātā temperatūrā. Sveķus sadala vai izšķīdina arī koncentrēta slāpekļskābe, sērskābe, kas pārsniedz noteiktu temperatūru, un organiskie šķīdinātāji (acetons, metiletilketons). Ķīmiskās saderības sarakstos grafīts parasti tiek klasificēts pēc grafīta substrāta un sveķu kombinācijas. Kļūme var tikt izraisīta, pārsniedzot jebkuras sastāvdaļas maksimālo vērtējumu.

Sveķu bojāšanās pazīmes ir šādas:

Redzama raudāšana vai izliešana no grafīta bloka -blīvējuma daļām.

Palieliniet spiediena kritumu bez piesārņojuma (ko izraisa iekšējās porainības izmaiņas).

Atklāto sveķu krāsas maiņa vai mīkstināšana cauruļu galos vai atlokos

Profilakse: vienmēr ievērojiet zemāku temperatūru un ķīmiskos ierobežojumus šāda veida sveķiem, ko noteicis ražotājs. Norādiet ar PTFE-impregnētu grafītu vai oglekli-piesūcinātu (bez sveķiem-) kategorijas, ja nepieciešams, lai izmantotu kodīgo vai oksidējošo skābi.

Termiskā trieciena plaisāšana: straujas temperatūras izmaiņas
Grafītam ir salīdzinoši zema noturība pret termisko triecienu salīdzinājumā ar metāliem. Ja notiek lielas un pēkšņas temperatūras izmaiņas, piemēram, auksta šķidruma ievadīšana karstajā siltummainī, grafīta materiāla ārējās vai iekšējās virsmas izplešas vai saraujas atšķirīgi. Materiālam ir zema stiepes izturība, mazāka par radīto siltuma spriegumu, izraisot plaisu vairošanos.

Tipiski termiskā šoka gadījumi
Ātra palaišana-: auksts ūdens vai skābe tiek cirkulēta caur bloka apmainītāju, kas tikko ir iztukšots, bet joprojām ir karsts.

Tvaiks vai karsts kondensāts: ātra augstas temperatūras tvaika pārplūde vēsā siltummainī.

Procesa traucējumi: dzesēšanas plūsmas zudums, kad sildīšanas līdzeklis joprojām ir ieslēgts, kam seko ārkārtas atkārtota aukstā šķidruma ievadīšana.

Tīrīšana drīz pēc karstā procesa šķidruma iztukšošanas ar aukstu ūdeni.

Termiskā trieciena plaisas parasti ir pāri caurules caurumiem vai gar bloku atdalīšanas līnijām. Caurules-un-caurules loksnes savienojumos vai gar cauruļu sienām apvalka-un-cauruļu apmainītājos var veidoties plaisas. Plaisas nodrošina tiešus apiešanas ceļus starp korpusa un caurules malām vai starp blakus esošajiem caurules caurumiem.

Simptomi:

Pēkšņs apkopes šķidrumu noplūdes pieaugums.

Spiediena pārbaude parāda ātru spiediena zudumu.

Pārbaudes laikā redzamas plaisas (ieteicams veikt krāsvielu caurlaidības testus).

Profilakse:

Izmantojiet atbilstošus temperatūras izmaiņu ātrumus (parasti mazāku vai vienādu ar 5-10 grādiem minūtē, atkarībā no siltummaiņa veida).

NEKAD nepievienojiet aukstu šķidrumu karstam notecinātam siltummainim. Atdzesēšanas laikā siltummaini samitrina ar siltu šķidrumu.

• Ieslēgšanai{0}}un izslēgšanai izmantojiet temperatūras bloķētājus vai secīgu vadības vārstu darbību.

Kļūmes režīma simptomi Iespējamie cēloņi
Resin degradation Leaking through block walls; resin softened at tube ends; rise in pressure decrease without foulingTemperature >200 grādi, spēcīgi kodīgi līdzekļi, slāpekļskābe vai organiskie šķīdinātāji, pagarināta darbība ārpus ķīmiskajiem ierobežojumiem
Damage from thermal shockSudden cross-leakage between services Cracks apparent with dye penetrant Failure coincident with rapid temperature shiftCold fluid entering hot exchanger; fast heating/cooling (>5-10 grādi /min); iztukšots siltummainis ar temperatūras svārstībām
Erosion Tube thinning, particularly at tube inlets, baffle edges, or elbows; particle solids in process fluid; localised perforationHigh velocity fluid (>2-3 m/s ieteicamā robeža) Suspendētas kristāliskas cietas vielas, katalizatora smalkās daļiņas vai skalas Turbulentas zonas pie deflektoriem
Erozija: mehānisks nodilums šķidruma ātruma un cietvielu dēļ
Grafīts ir diezgan mīksta, trausla viela. Tas ir izturīgs pret lielāko daļu ķīmisko uzbrukumu, bet tā virsma ir jutīga pret eroziju, ko izraisa liela ātruma šķidrumi, īpaši, ja straumēs ir suspendētas daļiņas. Erozija vienmērīgi likvidē grafīta materiālu, retināšanas cauruļu sienas, deflektorus vai bloku kanālus līdz perforācijai vai struktūras bojājumiem.

Liela{0}}ātruma erozija
Pat tīri šķidrumi ar pārāk lielu lineāro ātrumu var izraisīt grafīta eroziju laikā. Maksimālais ieteicamais ātrums grafīta caurulēm parasti ir 2–3 m/s (atkarībā no konkrētā siltummaiņa konstrukcijas un ražotāja). Virs šī diapazona šķidruma bīdes spēki lēnām nolieto caurules iekšējo diametru. Agresīvākā erozija ir cauruļu ieejās (kur attīstās ātruma profili) un reģionos, kas atrodas tieši lejpus deflektoriem (kur turbulence ir spēcīga).

Erozija ar daļiņām
Īpaši apgrūtinoši ir vircas pakalpojumi, piemēram, fosforskābe ar ģipsi vai silīcija dioksīdu vai kodināšanas skābe ar dzelzs daļiņām. Suspendētas cietās vielas ir abrazīvas un palielina materiāla noņemšanas ātrumu. Erozijas ātrums palielinās aptuveni kā ātruma kvadrāts un lineāri ar cieto daļiņu koncentrāciju un cietību. Smagos gadījumos cauruļu sienas var tikt caurdurtas dažu mēnešu laikā.

Zīmes:-

Palielināts noplūdes līmenis bez termiskā šoka vai sveķu sabrukšanas.

Netālu no ieplūdes caurules virsmas, šķiet, ir nopulētas.

Ultraskaņas testēšana mainīgam sienu biezumam.

Perforācijas, kas izskatās pēc skaidriem erodējošiem caurumiem (nevis robainas plaisas).

Profilakse:

Paredzēts šķidrumiem, kuru ātrums ir mazāks par 2 m/s (un mazāks, ja ir cietas vielas).

• Uzstādiet ieplūdes plūsmas sadalītājus vai pret{0}}erozijas uzmavas pie cauruļu ieejas.

Padariet caurules lielākas vai paralēli pievienojiet vairākas caurules. Tas samazinās ātrumu uz vienu cauruli.

Rupja materiāla filtrēšana vai nostādināšana augšup pa straumi.

Erozijas sinerģiskā ietekme{0}}Korozija
Dažos pakalpojumos erozija un korozija darbojas kopā. Šķidrums ir nedaudz kodīgs pret grafīta sveķu saistvielu. Aizsargātais virsmas slānis tiek nepārtraukti noņemts ar eroziju, atklājot svaigu materiālu. Šāds erozijas-korozijas mehānisms var izraisīt atteici ar ātrumu, kas ievērojami pārsniedz individuālo likmju summu. Piemēram, sālsskābe ar pārvadātām dzelzs oksīda daļiņām vai sērskābe ar smalku oglekļa daļiņu.

Ieteikumi pārbaudei un uzraudzībai
Lai noteiktu atteices režīmus pirms katastrofālas noplūdes, regulārajā pārbaudē ir jāiekļauj:

Vizuāla cauruļu galu, blīvju virsmu un bloku ārējo virsmu pārbaude kārtējās apkopes laikā.

Grafīta virsmas krāsas caurlaidības tests, lai parādītu matu līnijas plaisas (termiskā trieciena bojājumus).

Ultraskaņas biezuma mērīšana svarīgos erozijai pakļautajos reģionos (caurules ieplūdes un deflektoru zonas).

Korpusa un caurules sānu spiediena samazināšanās pārbaude, lai noteiktu caurlaidību vai sienas defektus.

Procesa uzraudzība attiecībā uz negaidītām izplūdes temperatūras izmaiņām vai spiediena kritumu.

Secinājums
Parastie grafīta siltummaiņa atteices režīmi ietver sveķu bojāšanos, termiskā trieciena plaisāšanu un eroziju. No tiem var izvairīties, stingri ievērojot darbības ierobežojumus un saudzīgas palaišanas{1}}iedarbināšanas/izslēgšanas{2}}procedūras. Grafīts ir spēcīgs materiāls korozīvām skābēm, taču ir nepieciešama disciplinēta darbība, lai sasniegtu maksimālo kalpošanas laiku (parasti 10-20 gadi vai vairāk). Operatoriem jāievēro temperatūras un ātruma ierobežojumi, jānovērš straujas termiskās pārejas un jāuzrauga daļiņu erozijas indikatori. Ja rodas kļūme, pilnīga pamatcēloņa izpēte, tostarp sveķu stāvokļa pārbaude, lūzumu modeļa novērtējums un sieniņu biezuma kartēšana, ļauj veikt korektīvus pasākumus. Pareizi ekspluatējot, necaurlaidīgi grafīta siltummaiņi turpina nodrošināt uzticamu un ekonomisku apkalpošanu vissmagākajos ķīmiskajos procesos.