Как выбрать оптимальное расстояние между перегородками для корпуса из ПТФЭ-и-трубчатого теплообменника, обрабатывающего суспензии?

Минеральная суспензия, содержащая мелкий абразивный песок, может быстро заполнить крошечные щели между плотно расположенными перегородками в корпусе-и-трубчатом теплообменнике, перекрывая пути потока и очищая поверхности труб. При работе в шламовом растворе теплообменник должен выдерживать постоянное движение взвешенных твердых частиц, которые постоянно пытаются осаждаться, мостить, разрушать или агрегировать внутри корпуса, а также передавать тепло.

Проектирование системы перегородок для работы со шламом становится задачей гидравлического балансирования. Теплообменник должен обеспечивать движение частиц достаточно быстро, чтобы они оставались во взвешенном состоянии, избегая при этом чрезмерной турбулентности, засорения и абразивного износа.

Создание открытых каналов потока с низким-ограничением, которые обеспечивают стабильную транспортировку твердых частиц без ущерба для тепловых характеристик, является основной целью проектирования правильного расстояния между перегородками для обработки шлама в теплообменнике из ПТФЭ.

Почему расстояние между перегородками имеет значение при работе со шламом
Перегородки направляют жидкость со стороны корпуса-по пучку труб в кожухе-и-трубном теплообменнике, чтобы улучшить теплопередачу и обеспечить механическую поддержку трубок.

При работе с чистыми жидкостями зачастую желательны близко расположенные перегородки, поскольку они увеличивают турбулентность и эффективность теплопередачи. У суспензий совершенно разное поведение.

Твердые частицы не следуют должным образом по линиям потока жидкости. Вместо этого они:

Смещайтесь в сторону областей с низкой-скоростью

Накапливаются в мертвых зонах

Разрушение поверхностей,-высокоскоростных

Мост через узкие туннели

Урегулирование, когда турбулентность ослабевает

Жидкость вынуждена постоянно менять направление через узкие окна потока, когда перегородки расположены слишком близко друг к другу. Абразивные частицы контактируют с краями перегородки, рециркулируют в застойных карманах и постепенно образуют отложения, которые еще больше ограничивают поток.

Результатом может быть:

Увеличение перепада давления

Неравномерное распределение потока

Эрозия трубок

Прочная упаковка

Постепенное подключение

Снижение эффективности теплопередачи

Гидравлическая чистота часто имеет приоритет над увеличением турбулентности при работе со шламами.

Почему обычно предпочитают более широкое расстояние между перегородками
Большое расстояние между перегородками создает более крупные и прямые каналы потока через корпус теплообменника.

Конструкция позволяет частицам проходить через пакет с меньшими изменениями направления и меньшими ограничениями, в отличие от многократного проскальзывания суспензии через суженные секции поперечного потока.

Увеличение расстояния дает несколько эксплуатационных преимуществ.

Уменьшенное падение давления
Общее гидравлическое сопротивление со стороны корпуса уменьшается за счет меньшего количества перегородок. Это снижает потребность в откачке и сводит к минимуму вероятность образования изолированных зон высокоскоростной эрозии.

Улучшенное прохождение твердых частиц
Большие коридоры потока позволяют крупным частицам и агломератам более свободно перемещаться через теплообменник.

Это становится особенно важным в:

Минеральные суспензии

Кристаллизующиеся жидкости

Системы переработки отходов

Суспензии абразивных оксидов

Технологические потоки, содержащие металл

Меньший абразивный износ
Меньшие изменения направления уменьшают столкновение частиц с поверхностями труб и краями перегородок.

Вместо агрессивного столкновения с многочисленными препятствиями конструкция побуждает навозную жижу двигаться быстро и бесшумно.

Компромисс-против: уменьшение-боковой скорости снаряда
Хотя увеличенное расстояние между перегородками улучшает прохождение твердых частиц, оно также уменьшает турбулентность-по бокам корпуса и скорость.

В результате осаждение частиц становится конкурирующим риском.

Если скорость суспензии падает слишком низко, частицы начинают отделяться от несущей жидкости и накапливаться внутри корпуса теплообменника. Седиментация часто развивается в местах с низким-потоком вдоль стенки корпуса или под рядами труб.

Для поддержания взвешенного состояния частиц в большинстве минеральных растворов обычно требуется минимальная скорость жидкости 1,5–2 м/с.

Ниже этого диапазона риск оседания резко возрастает в зависимости от размера и плотности частиц.

Следовательно, конструкция теплообменника должна поддерживать достаточную скорость-по бокам оболочки, чтобы твердые частицы постоянно перемещались.

Поддержание суспензии при увеличении скорости потока
Популярный метод предполагает увеличение циркуляционного потока со стороны корпуса-.

Когда более широкое расстояние между перегородками влияет на местную скорость, для компенсации можно увеличить общий расход суспензии. Во многих промышленных системах предусмотрен специальный рециркуляционный насос, в частности, для поддержания скорости суспензии через теплообменник.

Эта стратегия имеет ряд преимуществ:

Улучшенный транспорт твердых частиц

Уменьшение мертвых зон

Более надежные тепловые характеристики

Снижение вероятности накопления отложений

Этот метод успешно отделяет необходимость взвешивания твердых частиц от термической нагрузки.

Теплообменник поддерживает движение частиц за счет регулируемой скорости объемного потока, а не зависит только от малого расстояния между перегородками, создавая турбулентность.

Значение геометрии выреза перегородки
Производительность навозной жижи определяется не только расстоянием между перегородками. Не менее важным является вырез перегородки, которая представляет собой секцию открытого окна, обеспечивающую проход потока сбоку-оболочки.

При работе со шламом вырез перегородки обычно расширяют, чтобы обеспечить:

Большие области для прохождения частиц

Снижение риска блокировки

Более низкая локализованная турбулентность

Лучшее диспергирование твердых частиц

Резкие изменения направления по возможности сведены к минимуму.

Большие открытые окна помогают предотвратить скопление твердых частиц за краями перегородок или образование мостов между рядами труб.

Хорошо сконструированный шламообменник предотвращает образование статических карманов, в которых частицы могут задерживаться на время, достаточное для того, чтобы оседать.

Шаг и расположение трубок также влияют на закупорку.
На движение суспензии существенно влияет расположение трубок внутри корпуса.

Частицы могут образовывать мостики между соседними трубками и в конечном итоге образовывать уплотненные отложения, если расстояние между трубками становится слишком близким.

На транспорт твердых частиц влияет ряд проектных решений:

Расчетный параметр эффекта суспензии
Увеличенный шаг трубок Уменьшает закупорку твердых частиц
Треугольное расположение трубок. Более высокая турбулентность, но более узкие пути потока.
Квадратная-конструкция трубыБольше каналов открытого потока
Увеличенный зазор между корпусами. Более легкий проход частиц.
В теплообменниках,-перекачивающих шлам, часто выбираются конфигурации с квадратным-шагом, поскольку они создают более прямые и менее ограничительные коридоры потока.

Сочетание шага труб, расположения и геометрии перегородки в конечном итоге решает, останутся ли твердые частицы подвижными или начнут собираться.

Преимущества трубок из ПТФЭ при работе со шламами
Трубки из ПТФЭ предлагают различные практические преимущества в теплообменниках,-перекачивающих шлам.

Не-гладкая поверхность с антипригарным покрытием
Поверхность фторполимера препятствует прилипанию различных твердых частиц и осадков. Стойкие отложения с меньшей вероятностью образуются при контакте частиц с трубками.

Устойчивость к коррозии
Помимо абразивных зерен, многие суспензии также содержат коррозионные соединения. ПТФЭ одновременно выдерживает воздействие различных кислот, солей и окислителей.

Снижение тенденции к масштабированию
Низкая поверхностная энергия ПТФЭ помогает предотвратить накопление кристаллических солей и минеральных отложений.

По сравнению со многими металлическими материалами трубок эти характеристики улучшают-долгосрочную очистку.

Конструкции плавающих головок для тяжелых условий эксплуатации
Даже при тщательном гидравлическом проектировании медленное накопление все равно может происходить в условиях сильного навоза.

Для этих приложений архитектура теплообменника с плавающей головкой может обеспечить оптимальный долгосрочный-план обслуживания.

Во время остановки конструкция с плавающей головкой позволяет извлекать весь пучок труб из корпуса для таких операций по очистке, как:

Гидроструйная очистка

Очистка с применением химикатов

Механическая промывка

Визуальный осмотр

Эта доступность становится особенно полезной в системах горнодобывающей промышленности, очистки сточных вод и переработки тяжелых полезных ископаемых, где нагрузка твердых веществ может меняться непредсказуемо.

Возможное загрязнение часто считается терпимым, а не полностью предотвратимым при работе в тяжелых условиях работы с навозной жижей.

Баланс между теплопередачей и надежностью
Улучшение традиционного теплообменника часто концентрируется на повышении термического КПД и турбулентности. Для систем навоза необходим особый подход.

Агрессивно-турбулентная конструкция, которая регулярно засоряется, обычно менее эффективна, чем теплообменник с немного более низким пиковым коэффициентом теплопередачи, но устойчивым долгосрочным-функционированием.

Таким образом, при проектировании успешной обработки шлама теплообменника из ПТФЭ с промежутком между перегородками приоритетными являются следующие факторы:

Гидравлические каналы открыты

Транспорт стабильных твердых веществ

Низкий риск эрозии

снижение склонности к подключению

Ремонтопригодность при выключении

Эксплуатационная живучесть становится столь же важной, как и тепловая эффективность.

В заключение
Успешная обработка шлама в корпусе-и-трубчатом теплообменнике из ПТФЭ начинается с чистой, открытой,-прямой гидравлической конструкции, которая уменьшает площади, где твердые частицы могут задерживаться, оседать или накапливаться. Несмотря на то, что для удержания частиц во взвешенном состоянии необходимо поддерживать достаточную боковую скорость-, более широкое расстояние между перегородками улучшает прохождение твердых частиц, сводит к минимуму абразивный износ и снижает падение давления.

В сложных условиях применения шлама засорения и эрозии можно избежать путем тщательного согласования расстояния между перегородками, формы среза перегородки, шага труб и циркуляционного потока. Выдающаяся коррозионная стойкость трубок из ПТФЭ и гладкая, не-поверхность дополнительно способствуют их надежной работе.

При работе с тяжелыми шламами надежность теплообменника часто зависит не столько от создания турбулентности, сколько от обеспечения свободной миграции твердых частиц по системе.

Иногда лучшая перегородка — это та, которая очень далека от другой.