El motor del cost del cicle tèrmic
Un sistema de calefacció d'un reactor químic fa cicles de 25 graus a 150 graus i torna dues vegades al dia: 730 cicles tèrmics complets per any. Cada cicle estressa els materials de l'intercanviador de calor mitjançant una expansió tèrmica diferencial entre la superfície de transferència de calor i el substrat estructural.
Els intercanviadors de calor d'acer revestits de vidre-es construeixen fusionant una capa de vidre de borosilicat amb una carcassa d'acer a aproximadament 850 graus . El vidre i l'acer tenen diferents coeficients d'expansió tèrmica: vidre a 3-6 × 10⁻⁶/ grau, acer a 12-15 × 10⁻⁶/ grau. La diferència 2-4x significa que durant cada cicle tèrmic, el vidre i l'acer s'expandeixen i es contrauen a diferents ritmes. La tensió de cisalla es desenvolupa a la interfície vidre-acer.
Els intercanviadors de calor de PTFE no tenen interfície. La paret del tub és de fluoropolímer homogeni. L'expansió tèrmica s'acomoda per la deformació elàstica de tot el gruix de la paret. No es desenvolupa cap tensió diferencial. La implicació del cost de manteniment d'aquesta diferència fonamental és substancial durant la vida útil dels equips mesurada en dècades.
El mode de fallada de l'esclat del vidre
Amb cicles tèrmics repetits, la tensió de cisalla acumulada a la interfície de vidre-acer causa danys progressius. Les micro-esquerdes s'inicien en defectes microscòpics en les bombolles-de vidre, inclusions o taques primes de la fabricació original. Cada cicle tèrmic allarga lleugerament les esquerdes.
Finalment, les esquerdes es connecten i un tros de vidre es separa del substrat d'acer. Això és esquinçament. La zona trencada exposa l'acer nu a la substància química del procés. En servei àcid, l'acer es corroeix ràpidament. Els productes de corrosió poden contaminar el procés. L'àrea exposada creix a mesura que la substància química soscava el vidre adjacent. L'intercanviador de calor s'ha de posar fora de servei per a la seva reparació.
Revidres no és una reparació de camp. L'intercanviador sencer s'ha de treure, enviar-lo a una instal·lació especialitzada, treure el vidre restant, posar-lo en forma, coar, provar i retornar. El procés dura 4-8 setmanes. La producció es perd durant la durada tret que hi hagi un intercanviador de recanvi disponible. El cost d'un recanvi-comprat, emmagatzemat i mantingut, s'ha d'incloure en el cost del cicle de vida.
Taula 1: Comparació de costos de manteniment durant 10 anys (730 cicles tèrmics/any, 25-150 graus)
| Element de cost de manteniment | Vidre-Acer folrat | PTFE |
|---|---|---|
| Vida esperada del revestiment de vidre sota el cicle tèrmic (anys) | 3-6 | N/A (sense folre) |
| Renovació d'esdeveniments de més de 10 anys | 1-3 | 0 |
| Cost de revisió per esdeveniment (% d'equipament nou) | 50-80% | N/A |
| Temps d'inactivitat per esdeveniment de reglamentació (setmanes) | 4-8 | N/A |
| Cal un intercanviador de recanvi | Sí (per mantenir la producció durant el reajustament) | No |
| Cost de la inspecció anual | Moderat (prova d'espurna per defectes de vidre) | Baix (grossor visual + ultrasònic) |
| Capacitat de reparació de camp | Cap (reparació de fàbrica =) | Sí (tapat o substitució del tub) |
| Temps d'inactivitat de reparació per danys menors | Setmanes (reglas de fàbrica) | Horari (reparació de camp) |
| Cost total de manteniment de 10 anys (relatiu) | Cost inicial de l'equip 2-4x | 0,1-0,3 × cost inicial de l'equip |
L'avantatge de la reparació de camp
Quan un tub d'intercanviador de calor de PTFE presenta una fuita-normalment després de molts anys de servei a causa de l'aprimament per fluïdesa-, la reparació es realitza al camp. El tub danyat s'identifica mitjançant una prova de pressió. Està connectat a les dues capçaleres amb endolls de PTFE. L'intercanviador torna al servei en poques hores, funcionant amb una capacitat lleugerament reduïda.
Si la reducció de capacitat per endollar és inacceptable, el tub danyat o la secció del paquet de tubs es pot substituir durant la propera aturada de manteniment programada. La substitució és mecànica: desenrosqueu els accessoris de compressió, traieu el tub danyat, introduïu un tub nou i torneu a -tornir els accessoris. No es requereix cap instal·lació especialitzada. La reparació la realitza el personal de manteniment de la planta utilitzant eines estàndard.
Aquesta reparabilitat de camp elimina la necessitat d'un intercanviador de recanvi. Elimina l'interrupció de la producció de 4-8 setmanes per al reajustament de fàbrica. Permet programar i controlar el manteniment en lloc de ser dictat per esdeveniments de fallada de vidre.
El contrast de la simplicitat de la inspecció
L'acer-revestit de vidre requereix proves periòdiques d'espurnes per detectar defectes de vidre. Es fa passar una sonda d'-alta tensió per sobre de la superfície del vidre; una espurna indica un defecte que penetra a l'acer. La prova requereix que l'intercanviador estigui buit i sec. És temps-i només detecta defectes que ja existeixen-no pot predir quan es formarà el següent defecte.
Els intercanviadors de calor de PTFE s'inspeccionen mitjançant una mesura ultrasònica del gruix de la paret{0}}ràpida, no-destructiva i es pot fer sense treure l'intercanviador del servei. Les mesures segueixen la progressió lenta i previsible de l'aprimament de la fluència. El gruix de la paret futur es pot projectar a partir de les mesures actuals, la qual cosa permet planificar la substitució amb anys d'antelació.
Resum
Els intercanviadors de calor de PTFE ofereixen un cost de manteniment substancialment més baix que l'acer revestit de vidre-en servei de cicle tèrmic perquè el PTFE no té cap revestiment que s'esquilli, no té cap interfície de material diferent a la fatiga i una construcció-reparable en el camp que elimina la necessitat de reajustament de fàbrica i intercanviadors de recanvi. Durant un període de 10-anys, els costos de manteniment de PTFE són de 0,1 a 0,3 vegades el cost inicial de l'equip, en comparació amb 2-4 vegades per a l'acer revestit de vidre.
La capacitat de reparar els intercanviadors de PTFE al camp en poques hores, en comparació amb les setmanes necessàries per a la reparació de vidre, proporciona avantatges de disponibilitat de producció que sovint superen l'estalvi de costos de manteniment directe.
L'anàlisi d'enginyeria per a la selecció de material d'intercanviador de calor amb cicles tèrmics està disponible després de l'enviament de l'interval de temperatura de funcionament, la freqüència del cicle, la química del procés, els registres actuals de costos de manteniment i les dades de costos d'inactivitat de producció.
