Koroziniam naudojimui, kai slėgis arba temperatūra viršija kietų fluoropolimerų ribas, metalinis šilumokaitis su vidiniu fluoropolimero pamušalu yra kompromisas. Palyginus šį metodą su fluoropolimero šilumokaičiu, paaiškėja patikimumo, kainos ir našumo kompromisai. Suprasti šiuos skirtumus labai svarbu procesų inžinieriams, pasirenkantiems šilumos perdavimo įrangą labai agresyvioms rūgštims, mišrioms rūgštims skirtoms ėsdinimo linijoms arba reikliems cheminiams reaktoriams.
Konstrukcijos tipai: du fluoropolimero apsaugos nuo korozijos būdai
Visiškai fluoropolimeriniai šilumokaičiaiyra pagaminti tik iš fluorpolimerinių medžiagų, -paprastai PTFE (politetrafluoretilenas), PFA (perfluoralkoksialkanas) arba FEP (fluorintas etileno propilenas). Korpusas (jei yra), vamzdžių pluoštas, vamzdžių lakštai ir visi sudrėkinti vidiniai paviršiai susideda iš kieto fluoropolimero. Įprastos konfigūracijos apima apvalkalo ir vamzdelio konstrukcijas (su PTFE arba PFA vamzdeliais) ir panardinamosiomis ritėmis. Jokie metaliniai komponentai nesiliečia su koroziniu proceso skysčiu.
Metaliniai mainai su fluoropolimero pamušalupradėkite nuo slėgį turinčio metalinio apvalkalo ir vamzdžių lakštų, pagamintų iš anglinio plieno, nerūdijančio plieno ar kitų lydinių. Vidiniai paviršiai, kurie liečiasi su ėsdinančiu skysčiu, išklojami fluoropolimero -sluoksniu, paprastai PTFE arba PFA. Pamušalo metodai apima:
Lakštinis pamušalas: PTFE lakštai yra klijuojami arba privirinami prie metalinio pagrindo.
Purškiama arba elektrostatinė danga: Užteptos ir sukepintos plonesnės fluoropolimerinės dangos.
Laisvas pamušalas: Nuimamas PTFE įdėklas (kojinė), įdėtas į metalinį apvalkalą.
Įprastas pamušalo storis svyruoja nuo0,5–1,5 milimetro, priklausomai nuo naudojimo ir įdėklo tipo.
Slėgio įvertinimas: pagrindinis pamuštinių metalo keitiklių pranašumas
Svarbiausias šių dviejų konstrukcijų skirtumas yra slėgio izoliavimo galimybė.
Visi fluoropolimeriniai šilumokaičiaislėgį riboja paties fluorpolimero mechaninis stiprumas. PTFE ir PFA tempiamasis stipris yra mažas (paprastai 20–30 MPa) ir, dar svarbiau, jie šliaužia (šaltas srautas) esant nuolatiniam įtempimui. Esant padidintam slėgiui, fluorpolimeras deformuojasi, dėl to vamzdis žlunga, nuteka vamzdžio lakštas arba plyšta apvalkalas. Praktinis maksimalus viso fluoropolimero apvalkalo ir vamzdelio keitiklių darbinis slėgis paprastai yra3–5 barai (45–75 psi)fluoropolimero pusei. Kai kurios specialiai sutvirtintos konstrukcijos gali siekti 7 barus, tačiau tai yra neįprasta.
Metaliniai šilumokaičiai su pamušalu, priešingai, slėgiui sulaikyti naudokite metalinį apvalkalą ir vamzdžių lakštus. Anglies plienas gali saugiai atlaikyti 10 barų, 20 barų ar aukštesnį slėgį, -ribotą tik projektavimo kodu (pvz., ASME VIII skyrius) ir flanšo įvertinimais. Fluoropolimero pamušalas tarnauja tik kaip barjeras nuo korozijos ir nėra patikimas dėl struktūrinio vientisumo. Aukšto slėgio rūgščių paslaugoms -pavyzdžiui, naftos perdirbimo gamyklose, chemijos gamyklose ar aukšto slėgio vandenilio chlorido rūgšties skruberiuose-pamušalai dažnai yra vienintelis perspektyvus nemetalinis sprendimas.
Temperatūros ribos: panašios, bet su svarbiais skirtumais
Tiek iš fluoropolimero, tiek su pamušalu fluoropolimero šilumokaičiams būdingos panašios didžiausios nuolatinės paties fluoropolimero temperatūros ribos. PTFE ir PFA pradeda minkštėti ir šliaužti žymiai aukščiau maždaug200 laipsnių (392 laipsnių F)dėl PFA ir260 laipsnių (500 laipsnių F)PTFE esant trumpoms ekspozicijoms. Tačiau praktinė nuolatinio eksploatavimo temperatūra yra žemesnė:
Visi fluoropolimeriniai šilumokaičiai: Paprastai apsiribojama110-120 laipsniųPTFE (dėl šliaužimo po vamzdyje slėgio skirtumo) ir150-180 laipsniųskirta PFA (priklausomai nuo sienelės storio ir atramos konstrukcijos).
Metaliniai šilumokaičiai su pamušalu: Gali veikti aukštesnėje temperatūroje, nes metalinis pagrindas palaiko įdėklą ir neleidžia deformuotis. PTFE padengti plieniniai šilumokaičiai yra reguliariai naudojami180-200 laipsnių(nuolatinis) ir iki230 laipsniųtrumpiems laikotarpiams. Ribojančiu veiksniu tampa įdėklo pralaidumas ir įdėklo sukibimas su metalu.
Verta paminėti, kad esant aukštai temperatūrai, visi fluorpolimerai turi didesnį pralaidumą tam tikroms dujoms ir mažoms molekulėms (pvz., chlorui, vandenilio chloridui). Iškloti šilumokaičiai susiduria su papildoma rizika, kad garai prasiskverbia per įdėklą, kondensuojasi metalinėje sąsajoje ir gali sukelti paslėptą koroziją.
Patikimumas nuo korozijos: vienoda apsauga ir įdėklo gedimo rizika
Visi fluoropolimeriniai šilumokaičiaiužtikrinti vienodą, nenutrūkstamą atsparumą korozijai visame sudrėkintame paviršiuje. Nėra jokių siūlių, skylių ar metalinių sąsajų, kurias galėtų paveikti proceso skystis. Fluoropolimeras yra vienalytis visame sienelės storyje. Net jei paviršius subraižytas ar nutrintas, pagrindinė medžiaga išlaiko tą patį cheminį atsparumą. Ši konstrukcija pašalina „paslėptos korozijos“ galimybę už pamušalo.
Metaliniai šilumokaičiai su pamušaluįvesti kelis gedimo režimus, kurių nėra viso fluoropolimero konstrukcijose:
Smeigtukai arba tuštumos pamušaluose– Net ir nedideli defektai (mažiau nei 0,1 mm) leidžia koroziniam skysčiui pasiekti metalinį pagrindą. Kai metalas pradeda rūdyti, korozijos produktai gali priversti pamušalą susidaryti pūsleles arba atsiskirti, o tai pagreitina gedimą.
Įdėklo atrišimas– Sukibimas tarp fluoropolimero įdėklo ir metalinio pagrindo niekada nėra tobulas. Šiluminis ciklas sukelia diferencinį plėtimąsi (PTFE plečiasi ~ 7 kartus daugiau nei plienas, kaip aptarta ankstesniuose straipsniuose), todėl įdėklas gali atsitraukti nuo sienos. Susidaręs tarpas gali surinkti prasiskverbusią rūgštį ir sukelti vietinį ataką.
Pralaidumas ir kondensacija– Tam tikros rūgštys (ypač druskos rūgštis aukštesnėje temperatūroje) prasiskverbia per ploną įdėklą. Jei metalinis apvalkalas yra vėsesnis nei proceso pusė (tai būdinga aušinimo darbams), prasiskverbta rūgštis kondensuojasi ant metalinio paviršiaus, sukeldama koroziją iš „vidaus į išorę“. Tai gerai žinomas PTFE padengto plieno įrangos gedimo mechanizmas.
Pažeidimai montavimo ar priežiūros metu– Įdėklai lengvai pjaunami, subraižomi arba įlenkiami įrankiais. Vienas gilus įbrėžimas gali tapti gedimo pradžios tašku.
Praktiškai pagrindinė rizika naudojant šilumokaičius su pamušalu yra ta, kad maža, neaptinkama skylutė gali sukelti katastrofišką gedimą per kelias savaites ar mėnesius, o fluoropolimeriniai šilumokaičiai ir toliau veiktų saugiai. Ir atvirkščiai, gerai pagamintas, tinkamai prižiūrimas šilumokaičio sluoksnis gali tarnauti daugelį metų esant slėgiui ir temperatūrai, kurių neįmanoma pasiekti naudojant kieto fluoropolimero konstrukciją.
Sąnaudų palyginimas: pradinės investicijos ir gyvavimo ciklo svarstymai
Visų fluoropolimerų šilumokaičiai paprastai yra pigesni gaminti žemo slėgio ir žemos temperatūros darbams. Medžiagos (PTFE arba PFA vamzdeliai, lakštai) yra palyginti nebrangios, o gamyba apima fluoropolimero komponentų suvirinimą arba karščio sandarinimą.
Metaliniai šilumokaičiai su pamušalu reikalauja didesnių gamybos sąnaudų. Metaliniai apvalkalai ir vamzdžių lakštai turi būti pagaminti pagal slėginių indų kodus, tada iškloti fluoropolimeru-. Tai daug darbo reikalaujantis procesas, kuriam reikalingi kvalifikuoti technikai, kokybės kontrolė (smeigtukų bandymas dėl kibirkšties) ir specializuotas fluoropolimero lakštų suvirinimas. Dėl to pradinė pamušalo šilumokaičio pirkimo kaina paprastai yra30-100% didesnisnei panašaus šilumos perdavimo ploto viso fluoropolimero keitiklis.
Tačiau naudojant aukštą slėgį (pvz., 10 barų ar aukštesnį), viso fluoropolimero šilumokaičio gali būti visai neįmanoma. Tokiais atvejais vienintelė galimybė yra šilumokaitis su pamušalu-arba metalo lydinių keitiklis-. Tada kainų palyginimas pereina prie iškloto fluoropolimero ir egzotinių lydinių (titano, tantalo, Hastelloy). Palyginus, išklotas fluorpolimeras dažnai žymiai sutaupo išlaidas.
Santraukos palyginimas: visų -fluoropolimerų ir fluoropolimerų-pamušalas
| Funkcija | Viso fluoropolimero keitiklis | Fluoropolimeru padengtas metalo keitiklis |
|---|---|---|
| Slėgio įvertinimas (tipiškas) | 3–5 barai (riboja fluoropolimero valkšnumas) | 10–20 bar+ (ribojama metalinio korpuso dizaino kodo) |
| Maksimali nuolatinė temperatūra | 110–120 laipsnių (PTFE); 150–180 laipsnių (PFA) | 180–200 laipsnių (PTFE įdėklas su metaline atrama) |
| Korozijos patikimumas | Puikus; vienoda apsauga; nėra metalo korozijai | Geras, bet gali atsirasti skylučių, atsikišimo ir prasiskverbimo sukeltos korozijos |
| Gedimo režimas, jei atsiranda įdėklo defektas | Netaikoma (be pamušalo) | Greita metalo korozija; katastrofiško nutekėjimo galimybė |
| Apžiūra ir bandymai | Vizualus ir elektrinis tęstinumas (paprastas) | Reikalingas kibirkšties bandymas (smeigtuko aptikimas); gali prireikti periodinio pertvarkymo |
| Pradinė kaina | Žemesnis žemo slėgio darbams | Didesnis (slėginis indas + pamušalo darbas) |
| Priežiūros rizika | Žemas; nėra įdėklo pakeisti | Nuo vidutinio iki didelio; susirūpinimą kelia įdėklo pažeidimai atliekant techninę priežiūrą |
| Tipiškos programos | Žemo slėgio marinavimo vonios, galvanizavimo šildymas/vėsinimas, atmosferinės rūgšties skruberiai | Aukšto slėgio HCl aušintuvai, koncentruotų rūgščių šilumokaičiai naftos perdirbimo gamyklose, cheminiai reaktoriai |
Sprendimo nurodymai: tinkamos technologijos pasirinkimas
Renkantis fluoropolimerinį šilumokaitį ir metalinį šilumokaitį su pamušalu, reikia atsižvelgti į reikiamą slėgį, temperatūrą ir priimtiną gedimo riziką.
Pasirinkite fluoropolimerinį šilumokaitį, kai:
Darbinis slėgis yra mažesnis nei 5 barai (75 psi).
Temperatūra žemesnė nei 120 laipsnių (PTFE) arba 180 laipsnių (PFA).
Būtinas absoliutus korozijos patikimumas-bet koks skylės ar įdėklo gedimas būtų nepriimtinas.
Proceso skystyje yra oksiduojančių rūgščių arba mišrių rūgščių, kur net nedidelis metalo poveikis sukeltų greitą gedimą.
Pageidautina mažesnė pradinio kapitalo kaina.
Šilumokaičiai montuojami toje vietoje, kur nuotėkis negali būti toleruojamas (pvz., virš jautrios įrangos arba švarioje patalpoje).
Pasirinkite fluoropolimeru padengtą metalinį šilumokaitį, kai:
Darbinis slėgis viršija 5 barus ir gali siekti 20 barų ar daugiau.
Temperatūra viršija 120 laipsnių, bet išlieka žemiau 200 laipsnių.
Proceso skystis yra gerai charakterizuojamas ir jame nėra medžiagų, kurios pagreitina įdėklo prasiskverbimą (pvz., karštos HCl dujos).
Vykdoma griežta tikrinimo ir priežiūros programa, įskaitant periodinį įdėklo bandymą kibirkštyse.
Egzotiškų metalų lydinių (titano, tantalo) kaina yra pernelyg didelė, o išklotas plienas yra ekonomiška alternatyva.
Tam tikra įdėklo gedimo rizika yra priimtina arba yra įdiegtos perteklinės saugos sistemos (nuotėkio aptikimas, antrinis izoliavimas).
Aukšto slėgio rūgščių paslaugose, įprastose naftos perdirbimo gamyklose ir didelėse chemijos gamyklose,{0}}pavyzdžiui, druskos rūgšties aušintuvai, veikiantys esant 10 barų ir 150 laipsnių -pamušalui PTFE, yra standartinis sprendimas. Tačiau daugelis įrenginių prideda nuotėkio aptikimo sistemas (laidumo zondus tarp įdėklo ir korpuso), kad iš anksto įspėtų apie įdėklo pažeidimą.
Išvada: Saugos ir patikimumo reikalavimai vadovaujasi pasirinkimu
Visų fluoropolimerų šilumokaičiai padidina atsparumą korozijai, pašalindami metalą iš sudrėkinto kelio. Nėra pamušalo, kurį būtų galima pašalinti, nėra skylės korozijai ir nėra paslėpto metalinio pagrindo, kuris sugestų. Tačiau jų slėgio ir temperatūros ribos yra kuklios.
Fluoropolimeru padengti metaliniai šilumokaičiai išplečia veikimo apvalkalą iki aukštesnio slėgio ir temperatūros, naudodami metalinį apvalkalą izoliacijai. Šis pranašumas atsiranda dėl didesnio sudėtingumo, didesnių pradinių sąnaudų ir galimų gedimo režimų-smeigtukų, atsirišimo, prasiskverbimo-, kurių nėra visų fluoropolimerų konstrukcijose.
Procesų inžinieriai turi atidžiai pasverti šiuos kompromisus. Naudojant žemo slėgio ir didelio patikimumo įrenginius, fluoropolimeriniai šilumokaičiai dažnai yra geriausias pasirinkimas. Atliekant darbus esant aukštam slėgiui ir aukštai temperatūrai, kai fluoropolimeras yra vienintelis nemetalinis pasirinkimas, būtina griežta kokybės kontrolė, tikrinimas ir nuotėkio aptikimas. Saugos ir patikimumo reikalavimai turėtų vadovautis renkantis svarbų dizainą, užtikrinant, kad pasirinkta šilumokaičio technologija atitiktų specifinę cheminio proceso riziką ir eksploatavimo sąlygas.
