Как графитовые теплообменники справляются со шламами и твердыми веществами-содержащими жидкостями по сравнению с трубчатыми теплообменниками из ПТФЭ?

Технологические потоки могут содержать твердые вещества, мелочь катализатора, минеральные осадки или полимерные шарики. Важным аспектом проектирования является использование этих материалов во избежание засорения и эрозии теплообменника, где графит и ПТФЭ ведут себя совершенно по-разному. Выбор неправильного материала может означать регулярную чистку, преждевременный выход из строя или даже незапланированный простой. Понимание разницы в свойствах обработки суспензий из графита и ПТФЭ может помочь вам сделать правильный выбор для каждого применения.

Графитовые блочные теплообменники: устойчивы к истиранию, но подвержены засорению
Графитовые теплообменники часто представляют собой блоки или кубы с просверленными в них прямыми трубками (обычно диаметром от 10 до 20 мм) для потока технологической жидкости. Сам материал обладает хорошей стойкостью к истиранию благодаря своей твердости и лучше переносит разъедающее действие твердых твердых частиц, чем ПТФЭ. Марки углеграфита, используемые в теплообменниках, обладают высокой износостойкостью к кристаллическим или металлическим частицам.

Проблема с графитом не в эрозии, а в гидравлической непроходимости. Маленькие прямые коридоры не оставляют места для маневров и обходов. Засорение происходит быстро, если вещества агломерируются, оседают или содержат частицы, размер которых превышает диаметр канала. Волокна, липкие осадки или частицы неправильной формы закрывают отверстие отверстия. Когда путь засорен, требуется очистка, которая может повлечь за собой механическое расшатывание или химическое растворение, что обычно требует вывода теплообменника из эксплуатации. Альтернативного пути потока нет. Одно засоренное отверстие может снизить эффективность теплопередачи, а несколько засоров могут привести к выводу устройства из строя.

Графитовые блочные теплообменники не рекомендуются для систем, содержащих волокна, крупные агломераты или другие твердые вещества, которые имеют тенденцию осаждаться в условиях низкого расхода. Они лучше всего работают в прозрачных, не-абразивных жидкостях, где высокая теплопроводность (100-150 Вт/мК) является наиболее важным критерием.

Трубчатые теплообменники из ПТФЭ: гибкие, но-подвержены засорению, подвержены эрозии-
Другой набор-недостатков предлагают пучки трубок из ПТФЭ (политетрафторэтилена). ПТФЭ по своей природе мягкий. Под воздействием твердых и острых частиц, движущихся с высокой скоростью, он изнашивается быстрее, чем графит. Со временем абразивные вещества, такие как песок, частицы катализатора или оксиды металлов, могут изнашиваться через стенки труб, создавая утечки. Критерии скорости важны. Для суспензий минимальная скорость 1,5-2 м/сек необходима для предотвращения осаждения, но скорости более 3 м/сек увеличивают эрозию.

С другой стороны, трубки из ПТФЭ менее склонны к закупориванию по двум причинам. Твердые частицы менее легко прилипают из-за гладкого-неприлипающего отверстия. Гибкость ПТФЭ позволяет трубке немного растягиваться и пропускать довольно крупные частицы без необратимых повреждений. Пучок труб также имеет несколько параллельных путей (часто сотни трубок небольшого диаметра), так что одна закупоренная трубка не влияет на общую теплопередачу. Часто очистка проводится на месте путем изменения направления потока или промывки.

В грязных помещениях, где материалы мягкие, неоднородные или имеют низкую концентрацию, гибкость ПТФЭ является преимуществом. Трубчатые теплообменники из ПТФЭ обеспечивают стабильную работу, не требующую технического обслуживания, при работе с прерывистыми частицами, а не с непрерывными суспензиями.

Схема принятия решений: характеристики твердых тел. Выберите вариант.
Успешный выбор суспензии ПТФЭ по сравнению с графитом является результатом тщательной оценки используемых веществ. Рекомендуемый подход основан на следующих факторах принятия решения:

Характеристики твердого вещества в трубке из графитового блока из ПТФЭ
Размер частиц < 1/3 диаметра канала (обычно<3-6 mm)Can pass particles up to tube ID (typically 5-10 mm); flexibility helps
Твердость частиц Хорошая стойкость (1-2 по шкале Мооса) Устойчивость к плохой. Избегайте острых или резких абразивных частиц.
Форма частиц Округлая или угловатая. Избегайте волокнистости. Волокна и мягкие агломераты легко проходят сквозь
Желательна концентрация < 5% по объему; повышенная опасность оседания15-20% осуществимо при достаточной скорости
Адгезия/липкостьМожет загрязняться и закрывать отверстия. Не-поверхность предотвращает прилипание.
Ни один из материалов не подходит для мелких, твердых и быстро движущихся суспензий, таких как частицы катализатора в потоке углеводородов или минеральные суспензии в гидрометаллургии. Для такой суровой абразивной эксплуатации могут потребоваться теплообменники из керамики или карбида кремния.

ПТФЭ часто более приемлем для мягких или медленно движущихся частиц, таких как полимерные шарики, биологические суспензии или осажденные соли, из-за его устойчивости к закупориванию и возможности очистки. ГРАФИТ, если не-абразивные жидкости прозрачны и хорошие тепловые характеристики жизненно важны, а также если твердые частицы отсутствуют или очень мелкие, тем не менее, остается предпочтительным материалом.

Практические рекомендации по работе со шламом
Скорость потока в теплообменниках из ПТФЭ, переносящих жидкости,-нагруженные твердыми частицами, должна быть достаточной, чтобы предотвратить осаждение. Рекомендуется скорость минимум 1,5–2 м/с, чтобы частицы оставались во взвешенном состоянии. Периодическая промывка или изменение направления потока помогает удалить скопившийся мусор.

В графитовых теплообменниках для предотвращения попадания крупных частиц в проходы блока можно использовать фильтрацию на входе или сетчатый фильтр (размер ячеек 1–2 мм). Падение давления в теплообменнике регулярно контролируется, чтобы можно было обнаружить засорение на ранней стадии до того, как его производительность серьезно ухудшится.

Абстрактный
Графит и ПТФЭ разрушаются по-разному, поэтому при работе с твердыми веществами требуется тщательное изучение размера частиц, твердости и режима течения. Графит устойчив к истиранию, но легко забивается. ПТФЭ может работать с мягкими и липкими веществами, не создавая препятствий, но разрушается при воздействии твердых частиц. Не существует универсального решения для работы с навозной жижей. Успешный выбор теплообменника требует полного понимания жидкости, включая все ее загрязнения,-а не только объемный состав. Если профиль твердых частиц неизвестен или очень изменчив, самым безопасным путем является консервативная конструкция с каналами большего размера (графит) или сменными пучками трубок (ПТФЭ).