El costat del tub està manipulant un fluid net, passant per tubs llisos de PTFE. Tanmateix, al llarg de setmanes, la pressió necessària per empènyer el fluid-del costat de la closca a través de l'intercanviador augmenta constantment. Els tubs en si no s'encraixen-el problema és a l'exterior. Aquest símptoma desconcertant sovint es diagnostica erròniament com un problema-colateral del tub, que provoca una neteja innecessària o fins i tot la substitució de paquets que estan perfectament nets a l'interior. En realitat, un augment gradual de la pressió diferencial-del costat de la closca malgrat els tubs nets apunta directament a l'acumulació a les superfícies externes del feix de tubs i els deflectors. Entendre les causes dela caiguda de pressió lateral de la carcassa augmenta els tubs nets PTFELa condició permet als operadors orientar-se al mètode de neteja correcte i restaurar el rendiment de l'intercanviador.
La causa principal: ensuciació fora dels tubs
Els tubs de PTFE són apreciats per les seves superfícies interiors antiadherents i químicament inerts. Els fluids que contenen partícules, sòlids dissolts o espècies reactives rarament s'adhereixen a l'interior del tub. Tanmateix, el costat de la closca-l'espai al voltant dels tubs-presenta un entorn diferent. El fluid del costat-de la closca flueix a través del feix de tubs, passant pels buits entre tubs i al voltant de les plaques deflectores. Aquests passadissos són estrets i contenen nombroses zones d'estancament, especialment darrere dels deflectors i als tubs-per-suportar els punts de contacte.
Amb el temps, s'acumulen tres tipus principals de dipòsits a les superfícies exteriors del tub i els deflectors:
1. Sedimentació de partícules
Si el fluid del costat-de la closca conté sòlids en suspensió (p. ex., pols, partícules d'òxid, sals cristal·litzades o fines metàl·liques), aquestes partícules es poden assentar en regions de baixa-velocitat. La baixa energia superficial del PTFE no impedeix l'atrapament mecànic; les partícules s'enganxen entre tubs adjacents o contra els deflectors. A mesura que la capa de dipòsit creix, la secció transversal-del flux es redueix. Segons l'equació de continuïtat, per a un cabal volumètric fix, una -àrea de secció transversal reduïda força la velocitat del fluid cap amunt. La caiguda de pressió a través d'una restricció és proporcional al quadrat de la velocitat (ΔP ∝ v²). En conseqüència, fins i tot una reducció modesta de l'àrea de flux pot provocar un augment significatiu de la caiguda de pressió mesurada.
2. Polimerització i contaminació química
Molts fluids-del costat de la closca en processos químics són propensos a la polimerització o la formació de resina a temperatures elevades. Per exemple, els monòmers com l'estirè o els acrílics poden reaccionar lentament sobre superfícies calentes, formant una capa de polímer enganxosa. La naturalesa anti-adherent del PTFE redueix, però no elimina, aquest efecte; si el precursor del polímer és prou reactiu, encara es pot dipositar, especialment en deflectors metàl·lics i plaques de suport (que sovint són d'acer inoxidable). Una vegada que es forma una capa fina, atrapa material addicional, construint gradualment una escorça viscosa o dura que redueix els camins de flux.
De la mateixa manera, els fluids que contenen espècies inorgàniques dissoltes poden precipitar sals a mesura que canvia la temperatura a través de l'intercanviador, dipositant incrustacions a l'exterior dels tubs.
3. Creixement biològic (biofouling)
En els intercanviadors que utilitzen aigua no tractada-com l'aigua de refredament de rius, llacs o torres de refrigeració-, el creixement biològic (organismes que formen algues, bacteris o llim-) pot prosperar al costat de la closca. L'ambient càlid i humit entre els tubs és ideal per al desenvolupament de biofilm. Un biofilm viscoso augmenta la resistència al flux i també atrapa els sòlids en suspensió, accelerant la contaminació. La bioincrustació és especialment comú a les regions de baixa-velocitat i pot provocar que la caiguda de pressió es dupliqui en poques setmanes.
Per què sovint es passa per alt l'incrustació lateral{0}}
L'exterior dels tubs pot ser un punt cec per a la inspecció rutinària. En un intercanviador de làmines fixes, els passos laterals-de la closca estan completament tancats; no hi ha accés visual directe al paquet sense treure la closca o tallar-la. Els operadors solen controlar la neteja lateral del tub-inspeccionant l'interior del tub o mesurant la caiguda de pressió lateral del tub-. Si el costat-del tub roman net (baixa caiguda de pressió i efluent clar), es suposa que tot l'intercanviador està net-una fal·làcia perillosa.
A més, la caiguda de pressió-del costat de la carcassa només es pot controlar de manera intermitent o no tenir tendència en relació amb una línia de base. Un augment gradual al llarg dels mesos pot passar desapercebut fins que la bomba assoleixi la seva altura màxima o el cabal cau per sota dels requisits del procés.
El manòmetre com a narrador verídic
El manòmetre és un narrador verídic si s'escolta el seu missatge. El primer pas per diagnosticar un problema d'incrustació-de la carcassa lateral és establir una línia de basecaiguda de pressió netaa un cabal conegut. Aquesta línia de base s'ha de registrar immediatament després d'una nova instal·lació o després d'una neteja a fons. A continuació, es comparen les lectures periòdiques (diàries, setmanals o mensuals) amb el mateix cabal amb la línia de base.
Un feix de tubs de PTFE net sense dipòsits-al costat de la closca produeix una caiguda de pressió previsible que es manté estable durant mesos. Un augment gradual i monòton-per exemple, un 5% al mes-indica fortament una acumulació progressiva-del costat de la closca. En canvi, l'encrassement lateral del tub-es manifestaria com una caiguda de pressió-lateral del tub augmentada i una transferència de calor reduïda, no una pujada-del costat de la closca.
Si el fluid del costat-de la closca és aigua amb activitat biològica potencial, l'augment pot seguir un patró estacional (més ràpid a l'estiu). Per a la polimerització, l'augment sovint s'accelera a mesura que els dipòsits proporcionen més superfície per a una reacció posterior.
Solucions: neteja química i eliminació de paquets
Un cop s'hagi confirmat l'incrustació-del costat de la closca, la neteja ha d'abordar les superfícies externes. L'enfocament depèn del disseny de l'intercanviador i de la naturalesa del dipòsit.
Neteja química (-al lloc)
Per a molts tipus d'encrasses, la neteja química es pot realitzar sense treure el feix de tubs. Es fa circular una solució de neteja pel costat de la carcassa (amb el costat del tub aïllat o rentat per separat). L'elecció de la substància química depèn del dipòsit:
Sediment i escala:Les solucions àcides (per exemple, HCl diluït, àcid cítric o àcid sulfàmic) dissolen el carbonat de calci, l'òxid de ferro i la majoria de les escates minerals. El costat de la closca s'ha de ventilar per alliberar el gas generat per la reacció.
Polimerització i contaminació orgànica:Els netejadors alcalins (per exemple, hidròxid de sodi amb tensioactius) o dissolvents (per exemple, toluè, metil etil cetona o desengreixants especialment formulats) descomponen els polímers i les resines orgàniques. S'ha de verificar la compatibilitat de l'agent de neteja amb PTFE (excel·lent) i amb el material de la carcassa (per exemple, acer al carboni o acer inoxidable).
Biofouling:L'hipoclorit de sodi (llexiu), el peròxid d'hidrogen o les formulacions biocides (per exemple, compostos d'amoni quaternari) maten i dispersen el biofilm. Després de la circulació del biocida, un esbandida amb aigua neta elimina els residus.
Chemical cleaning effectiveness depends on achieving turbulent flow velocity (>1 m/s) al costat de la closca per fregar els dipòsits solts. Escalfar la solució de neteja (si l'intercanviador ho pot tolerar) accelera les velocitats de reacció. Després de la neteja, la caiguda de pressió hauria de tornar a estar prop del valor inicial original.
Eliminació del paquet per a la neteja mecànica
Si la neteja química és insuficient-per exemple, quan els dipòsits estan molt carbonitzats, dur-sinteritzats o inclouen partícules grans que no es poden dissoldre-es requereix una neteja mecànica. Això només és factible en dissenys d'intercanviadors on el feix de tubs es pot treure de la carcassa:
Bescanviadors de capçal flotant(per exemple, tipus AES, BES o AEP) permeten estirar el paquet horitzontalment després de treure la coberta del capçal flotant.
Bescanviadors de tubs U-(tipus CFU) també permet l'eliminació del paquet.
Bescanviadors de làmines fixes(per exemple, tipus BEM o AEM).nopermetre l'eliminació del paquet; el paquet està permanentment soldat a la carcassa. Per a aquests, la neteja química és l'única opció, o hidroblasting a través de ports d'accés perforats si està disponible.
Un cop retirat, el paquet es pot netejar amb raigs d'aigua d'alta-pressió (normalment de 500 a 1500 bar), neteja amb vapor o raspat manual (tot i que el raspat comporta el risc de danyar les superfícies dels tubs de PTFE). Després de la neteja, el paquet s'inspecciona per detectar signes de desgast del tub o danys abans de la reinstal·lació.
Estratègies de prevenció
Per evitar que es repeteixi l'augment de la-caiguda de pressió lateral de la carcassa, es recomanen tres mesures:
Filtreu el fluid-lateral de la closca:Instal·leu un filtre o un filtre de cartutx a l'entrada lateral de la closca-per eliminar les partícules de més de 100-200 μm. Per a sòlids fins, es pot utilitzar un filtre de rentat o un separador de cicló.
Control del creixement biològic:Si el fluid del costat-de la closca és aigua, un sistema d'injecció de biocida (continu o intermitent) evita la formació de biofilm. El tractament amb ultraviolats (UV) és una altra opció no-química.
Manteniu la velocitat-del costat de la closca per sobre de la velocitat crítica de contaminació:Per a la sedimentació i el biofouling, una velocitat mínima de flux creuat de 0,5 a 1,0 m/s (depenent de la mida de la partícula) ajuda a mantenir els sòlids en suspensió i evita la fixació. No obstant això, una velocitat excessivament alta pot provocar vibracions del tub i alteració-un disseny diferent-.
Per als problemes de polimerització, la solució definitiva pot ser reduir la temperatura de funcionament del costat{0}}de la closca (si el procés ho permet) o afegir un inhibidor de polimerització al fluid.
El seguiment com a eina de manteniment
Una lectura de caiguda de pressió de referència quan està net és essencial per a la comparació. Sense ell, un augment gradual no es distingeix del funcionament normal. Es recomana que en el moment de la posada en marxa o després de cada neteja, la caiguda de pressió-del costat de la carcassa al cabal de disseny s'enregistri i es mantingui al fitxer de manteniment. A continuació, una simple comprovació mensual (p. ex., utilitzant els manòmetres de pressió existents o un transmissor de pressió diferencial) proporciona una alerta ràpida.
Un augment del 20 al 30% per sobre de la línia de base és un senyal clar que la neteja s'ha de programar durant el proper temps d'inactivitat planificat. Esperar fins que la caiguda de pressió es dupliqui o tripliqui pot comportar la cavitació de la bomba, la fam de flux i el dany potencial del feix de tubs a causa de velocitats de flux excessivament altes als buits oberts restants.
Conclusió
L'encrassement lateral-de la carcassa és una causa habitual de caiguda de pressió en els intercanviadors de calor de PTFE, fins i tot quan els tubs es mantenen perfectament nets. Les partícules, els residus polimeritzats o el llim biològic s'acumulen a l'exterior dels tubs i als deflectors, reduint els passos de flux i augmentant la velocitat-i, per tant, la caiguda de pressió-d'acord amb la llei del quadrat. El seguiment d'aquesta tendència en comparació amb una línia de base permet programar la neteja abans que sigui crítica. La neteja química (amb àcids, dissolvents o biocides) resol la majoria de dipòsits in situ, mentre que les incrustacions persistents poden requerir l'eliminació de paquets en dissenys de tubs-flotants o U-. Els dos costats de l'intercanviador de calor han d'estar nets per funcionar bé; el costat de la closca, sovint fora de la vista, mereix la mateixa atenció que el costat del tub. En reconèixer el símptoma de l'augment de la caiguda de pressió-del costat de la closca malgrat els tubs nets, els enginyers poden evitar els esforços de neteja dels tubs equivocats i abordar la veritable causa arrel de manera eficient.
