Почему в теплообменниках из ПТФЭ возникает утечка из байпаса и как ее исправить?

Утечка из байпаса — это не утечка во внешнюю среду, а внутренняя -разрезанная-оболочка- жидкость, которая течет вокруг пучка труб, а не сквозь него. Этот внутренний байпас приводит к потере поверхности теплопередачи и снижению эффективности теплообменника, но он не виден снаружи. Важно знать пути и причины утечек байпаса, проблемы с теплообменником из ПТФЭ, чтобы диагностировать потерю производительности и планировать успешный ремонт. В этой статье обсуждаются распространенные каналы утечек, причины утечек и этапы ремонта для восстановления тепловых характеристик.

Утечка в байпасе: что это такое и почему это важно?
В кожухо-и-трубчатом теплообменнике предполагается, что жидкость со стороны кожуха- течет через пучок труб, направляемый перегородками. Утечка через байпас происходит, когда часть этой жидкости не касается трубок, поскольку она течет по более короткому пути с меньшим сопротивлением. Жидкость выходит из теплообменника с небольшим или нулевым изменением температуры, что снижает общую скорость теплопередачи.

Утечка из байпаса вредна, особенно для теплообменников из ПТФЭ, которые уже имеют более низкую теплопроводность, чем металлические агрегаты. Байпасный поток в размере 20 % может снизить эффективный коэффициент теплоотдачи на 25–35 %, поскольку перепускаемая жидкость не принимает участия в теплообмене. Проблема является внутренней и не может быть обнаружена путем внешнего визуального осмотра или испытания под давлением, а только путем контроля тепловых характеристик или внутреннего осмотра.

Пути утечки первичного байпаса теплообменника из ПТФЭ
Жидкость со стороны корпуса-может обходить пучок труб тремя различными способами.

1. Соединение-с-зазором корпуса (кольцевой байпас)
Между крайними трубками и внутренней стенкой оболочки всегда имеется пространство. Этот кольцевой зазор необходим для установки и удаления пучка труб. В хорошо сконструированном теплообменнике этот зазор заполняется уплотнительными полосками (иногда называемыми байпасными уплотнениями) или заглушками, которые ограничивают поток. Уплотнительные ленты часто представляют собой плоские стальные стержни или полоски с наполнителем из ПТФЭ-, прикрепленные к перегородкам, выступающие наружу и соприкасающиеся со стенками корпуса.

Если уплотнительные ленты отсутствуют, изношены или порваны, жидкость со стороны корпуса легко протекает через кольцевой зазор, не попадая в пучок труб. Это основная объездная дорога.

2. Зазор между перегородкой и корпусом
Перегородки не плотно прилегают к корпусу. Обеспечивается небольшой зазор (обычно 1–3 мм) для обеспечения возможности сборки и теплового расширения. Жидкость может перетекать по краям каждой перегородки, особенно сверху и снизу, где происходит разрез перегородки. Утечки в новых теплообменниках скромные (2-5% от общего потока). Однако, если перегородки будут повреждены, перекручены, подвергнуты коррозии или эрозии, зазор увеличится, а перепускной поток значительно увеличится.

Гидроудар (паровой удар), посторонние предметы, транспортируемые в жидкости внутри корпуса, а также коррозия металлических компонентов перегородки могут привести к повреждению перегородок теплообменника из ПТФЭ (сами трубки из ПТФЭ не подвергаются коррозии, но металлические перегородки и опорные пластины могут).

3. Расстояние от трубы до перегородки
В каждой перегородке имеется отверстие, через которое проходит трубка из ПТФЭ. Чтобы обеспечить перемещение гибкой трубки из ПТФЭ и предотвратить заедание при тепловом расширении, необходим зазор от 0,2 до 0,5 мм. Эти маленькие кольцевые отверстия могут позволить жидкости выходить. Утечка между трубкой и перегородкой, как правило, является незначительной причиной байпаса в большинстве конструкций (обычно<5% of total bypass) due of the pressure drop across each baffle forcing flow down the many tube holes. However, the cumulative effect can be significant in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.

Причины утечки байпаса из ПТФЭ в теплообменниках
Внутреннее обследование обычно выявляет одно или несколько из следующих состояний:

Износ или отсутствие уплотнителя
Уплотнительные ленты крепятся к перегородкам винтами, зажимами или сваркой. Винты со временем могут ослабнуть, зажимы могут выйти из строя, а сами полоски могут подвергнуться коррозии или испортиться. В некоторых комплектах,-отремонтированных в полевых условиях, уплотнительные ленты могли не быть повторно-установлены после замены-трубок. Регулярно обнаруживается, что уплотнительные ленты присутствуют лишь на некоторых перегородках или вообще отсутствуют.

Поврежденные перегородки,
Перегородки можно сломать:

Паровой молот. Повторяющиеся ударные волны могут погнуть или разрушить металлические перегородки возле отверстий труб.

Коррозия - Стальные перегородки могут утончаться и терять форму при использовании в условиях коррозии (даже с трубками из ПТФЭ).

Механическое воздействие - Если перегородки не выровнены должным образом, они могут погнуться во время вставки или извлечения комплекта.

Изогнутая перегородка больше не плотно прилегает к корпусу и создает значительный зазор. В сломанной перегородке могут отсутствовать детали, обеспечивающие поток.

Большой зазор корпуса оригинальной конструкции
Некоторые из недорогих-теплообменников из ПТФЭ имеют увеличенные зазоры между пачками-между-корпусами для облегчения производства. Зазор может составлять 10 мм и более. Уплотнительные ленты отсутствуют или слишком малы. В таких ситуациях утечка через байпас является конструктивной особенностью и не может быть полностью устранена без существенной модернизации.

Как диагностировать утечку в байпасе, не открывая теплообменник
Если есть подозрение на утечку в байпасе:

Скорость теплопередачи, рассчитанная на основе температур на входе/выходе и скорости потока, намного ниже расчетного значения, даже если трубы чистые и нет внешних утечек.

Падение давления на корпусе меньше исторических значений при том же расходе. Меньшее падение давления означает, что жидкость течет через канал с меньшим сопротивлением (обходной канал).

Изменение температуры жидкости на стороне корпуса-(ΔT) не соответствует ожидаемому, и температура на выходе на стороне трубы- также не соответствует целевому значению.

Во-первых, крайне важно исключить альтернативные объяснения плохой работы: засорение, застревание не-конденсирующихся веществ или более низкие скорости потока. Если они исчезнут, то, вероятно, это утечка в байпасе.

Действия по устранению утечки в байпасе
Правильный ремонт зависит от серьезности и доступности пучка труб.

1. Замена уплотнительных планок (самый распространенный способ устранения)
В теплообменниках со съемными пучками трубок уплотнительные ленты можно вставлять или снимать во время планового отключения. Процесс таков:

Снимается крышка корпуса и вытаскивается пучок трубок.

Перегородки проверяются. Очистите канавки существующей уплотнительной ленты от мусора и коррозии.

Новые уплотнительные ленты (часто ткань, пропитанная ПТФЭ, металлические пружинные ленты или твердые стержни из ПТФЭ) обрезаются до необходимой длины и вставляются в пазы на каждой перегородке. Полоски должны выступать наружу и контактировать с внутренней стенкой корпуса с небольшим натягом (сжатие 0,2–0,5 мм).

Полосы крепятся винтами или прокалыванием краев перегородки (для металлических полос). Некоторые конструкции удерживают полосы за счет давления корпуса на перегородку.

Комплект переустанавливается и тестируется обменник.

Этот ремонт обычно восстанавливает 90-100% утраченной производительности, если перегородки не повреждены.

2. Ремонт или замена перегородки.
Сами по себе уплотнительные ленты не смогут зафиксировать погнутые, сломанные или подвергнутые коррозии перегородки. Поврежденные перегородки следует починить или заменить. В теплообменниках из ПТФЭ перегородки обычно изготавливаются из металла (нержавеющей или углеродистой стали), который может быть:

Выпрямление. Небольшие изгибы можно разгладить с помощью гидравлического пресса.

Заваренные - Трещины заварены и отшлифованы. Будьте осторожны, чтобы не деформировать перегородку.

Заменены. Сильно поврежденные перегородки вырезаются из комплекта и навинчиваются на трубки из ПТФЭ новые перегородки. Это трудоемкая-операция, часто выполняемая во время полной замены трубок.

После ремонта перегородки устанавливаются новые уплотнительные ленты.

3. Shell-Регулировка бокового потока (временное смягчение последствий)
В ситуациях, когда немедленная разборка невозможна, рабочие регулировки могут частично компенсировать утечку байпаса. Увеличение скорости потока со стороны корпуса- повышает скорость как через трубный пучок, так и через перепускные зазоры. Поскольку падение давления увеличивается пропорционально квадрату скорости, более высокая скорость потока может улучшить долю жидкости, которая фактически пересекает трубки. Однако это не устраняет первопричину и увеличивает энергию накачки. Это считается лишь временной мерой.

4. Редизайн для серьезных проблем с оформлением
В теплообменниках с увеличенным зазором корпуса (неудачная первоначальная конструкция) можно попытаться дооснастить более толстыми уплотнительными полосами или установить заглушки в кольцевом пространстве. Заглушки представляют собой короткие отрезки трубок из ПТФЭ, которые помещаются в крайние отверстия труб, но герметизируются на концах трубной решетки, чтобы через них не текла жидкость. Они занимают пространство и блокируют обход. Этот подход требует сверления дополнительных отверстий в перегородках и трубных решетках и обычно выполняется специализированной ремонтной мастерской.

Описание поперечной-диаграммы в разрезе (текстовое представление)
В следующем описании показаны обходные пути типичного кожухо-и-трубчатого теплообменника из ПТФЭ, если смотреть в поперечном-сечении:

Внешний круг представляет внутреннюю стенку оболочки.

Внутри круговой ряд маленьких кружков представляет собой трубки из ПТФЭ.

Зазор между крайними трубными кругами и внутренней стенкой корпуса представляет собой зазор между пучком- и-оболочкой (кольцевой обходной путь). В хорошо спроектированном теплообменнике-уплотнительные полоски (изображенные в виде небольших прямоугольников, прикрепленных к перегородке) выступают в этот зазор, почти касаясь стенки корпуса.

Перегородка показана в виде горизонтальной линии, пересекающей внутреннюю часть корпуса, с вырезами (окном перегородки) сверху и снизу. Жидкость, которая течет по краям перегородки-через перегородку-к-зазору оболочки-, показана стрелками, проходящими между кончиком перегородки и стенкой оболочки.

Маленькие стрелки между отдельными трубками и перегородкой обозначают утечку из трубы-в-перегородку.

Уплотнительные ленты блокируют кольцевой байпас. При отсутствии большие стрелки указывают на беспрепятственный поток через кольцевой зазор.

Предотвращение утечек в байпасе
Утечку из байпаса лучше всего предотвращать на этапе проектирования и первоначальной сборки:

Укажите конструкцию TEMA класса R или B. Эти стандарты определяют максимальные зазоры и требуют использования уплотнительных полосок для корпусов диаметром выше определенного размера.

Используйте двойные уплотнительные ленты. Два ряда уплотнительных полос на перегородку обеспечивают резервирование.

Осмотрите уплотнительные ленты во время замены трубок. Перед повторной сборкой замените все отсутствующие или поврежденные ленты.

Избегайте гидравлического удара. Как обсуждалось в соответствующих руководствах, паровой удар повреждает перегородки и ослабляет крепления уплотнительной ленты.

Периодический внутренний осмотр (каждые 3–5 лет) должен включать проверку герметичности уплотнительных лент и состояния перегородок. Если ранее возникли подозрения на утечку из байпаса, можно сравнить испытание на падение давления при известном расходе с исходными данными.

Заключение
Утечка из байпаса — это проблема проектирования и обслуживания, которая незаметно ухудшает характеристики теплообменника из ПТФЭ. Основными путями являются зазор от пучка-к-оболочке (кольцевой обход) и зазор от перегородки-к-оболочке. Наиболее распространенными причинами являются отсутствие или износ уплотнительных полос и повреждение перегородок. Внутренняя проверка часто выявляет эти проблемы. Корректирующие действия включают замену уплотнительных полос, ремонт или замену поврежденных перегородок и, в качестве временной меры, увеличение бокового потока-корпуса. В случае серьезных проблем с зазором могут потребоваться заглушки или перепроектирование. Проблема с течью байпасного теплообменника из ПТФЭ может снизить теплопередачу на 10–30 %, но в большинстве случаев ее можно полностью устранить во время планового отключения. Правильное изготовление с использованием соответствующих уплотнительных полос и периодическим внутренним осмотром сохраняет тепловую эффективность и продлевает срок службы.