El descobriment es produeix normalment un dilluns al matí després d'un cap de setmana fred. L'inici comença amb normalitat, les vàlvules s'obren, les bombes s'encenen-i el líquid apareix immediatament sota l'intercanviador. La inspecció revela tubs dividits, capçals esquerdats o connexions distorsionades. No hi ha corrosió i la química no canvia. La causa és senzilla: el fluid es va congelar dins de l'intercanviador, es va expandir i va trencar l'estructura.
Els danys per congelació es troben entre els errors més evitables dels equips de procés, però es repeteixen cada hivern. Per als directors de plantes i els equips de manteniment, l'hivernació efectiva és molt menys costosa que substituir una unitat danyada.
Per què la congelació destrueix els intercanviadors de calor
L'aigua experimenta una expansió tèrmica del gel quan es solidifica, augmentant el seu volum aproximadament un nou per cent. Dins d'un tub o canal confinat, aquesta expansió produeix una pressió interna extremadament alta. Fins i tot les canonades d'acer es poden dividir en aquestes condicions; Els equips de polímers són encara més vulnerables.
El PTFE té flexibilitat en comparació amb els metalls, però la flexibilitat no és elasticitat. El material no pot estirar prou per acomodar l'expansió volumètrica del gel atrapat. En canvi, l'estrès es concentra a les seccions més febles: juntes de tub-a-, parets primes de tub i capçaleres modelades. Un cop el sòlid congelat, la pressió augmenta fins que es produeix una esquerda o una deformació permanent.
Els danys sovint apareixen aleatoris perquè el gel es forma de manera desigual. Una butxaca estancada pot trencar-se mentre els passatges adjacents romanen intactes.
Identificació de les zones més vulnerables
Els errors de congelació rarament s'originen a les regions fluïdes. El fluid en moviment resisteix la congelació més temps a causa de l'intercanvi de calor i la barreja. Les ubicacions de més risc comparteixen una característica comuna: el líquid atrapat.
Les cames mortes a les canonades creen butxaques aïllades on el líquid no pot drenar. Els tubs horitzontals amb una lleugera caiguda acumulen aigua residual després de l'aturada. Els ports d'instruments i les línies de mostra sovint atrapen petits volums que es congelen ràpidament. Els punts baixos dels capçals recullen líquid fins i tot quan les connexions principals semblen buides.
Per tant, la drenabilitat determina el risc de congelació més que només la temperatura ambient. Un intercanviador mal drenat pot fallar en condicions de congelació suaus, mentre que una unitat correctament buidada sobreviu a un fred intens.
Drenatge complet com a protecció primària
El mètode de protecció contra congelació més fiable és assegurar-se que l'intercanviador no contingui líquid congelable durant l'aturada. L'hivernació efectiva comença aïllant la unitat i obrint totes les connexions de drenatge, inclosos els ports auxiliars i les aixetes d'instrumentació.
El drenatge per gravetat ha d'anar seguit de la neteja de la línia. El bufat d'aire comprimit elimina les butxaques residuals dels tubs i canals. La pressió de l'aire no ha de ser alta; un flux d'aire moderat és suficient per desplaçar el líquid atrapat. L'observació del flux d'aire sec a les sortides confirma l'eliminació.
L'experiència de camp mostra constantment que els intercanviadors drenats i assecats rarament pateixen danys per congelació, fins i tot en climes durs. Els errors gairebé sempre impliquen un drenatge incomplet.
Millora de la drenatge
La configuració de l'equip pot simplificar la preparació a l'hivern. Els drenatges de punt baix-permeten l'eliminació del líquid sense desmuntar-los. Les vàlvules de drenatge automàtiques eliminen la dependència dels procediments manuals durant un temps fred inesperat. Un lleuger pendent de la instal·lació cap a les connexions de desguàs millora l'eficiència del buidatge.
La inspecció periòdica dels desguassos garanteix que romanguin funcionals i sense obstruccions. Els desguassos bloquejats derroten els procediments d'hivernació, d'altra manera, sòlids.
Mètodes suplementaris de protecció contra la congelació
Quan el drenatge no sigui pràctic a causa del funcionament continu o dels requisits d'espera, calen mesures addicionals.
El traçat de calor manté la temperatura per sobre de la congelació mitjançant la calefacció elèctrica controlada al llarg de les superfícies de les canonades i de l'intercanviador. Combinat amb l'aïllament, estabilitza la temperatura interna i evita la formació de gel. L'aïllament per si sol frena el refredament, però no pot evitar la congelació indefinidament.
Les solucions anticongelants compatibles ofereixen una altra opció. En els circuits de refrigeració, les mescles de glicol redueixen el punt de congelació mentre mantenen la capacitat de circulació. La compatibilitat amb els materials del procés sempre s'ha de confirmar abans de l'ús.
Les instal·lacions exposades a un fred impredictible sovint utilitzen múltiples capes de protecció: aïllament, rastreig de calor i capacitat de drenatge d'emergència.
Resposta segura davant la sospita de congelació
De tant en tant un intercanviador es congela malgrat les precaucions. La descongelació ràpida introdueix més danys si es manipula de manera inadequada. La flama directa o la calor localitzada elevada creen estrès tèrmic i poden deformar els components de PTFE.
L'escalfament controlat és essencial. La circulació d'aire calent o el rentat d'aigua tèbia fonen gradualment el gel alhora que limiten els gradients de temperatura. Les vàlvules han de romandre obertes per alleujar la pressió a mesura que el gel es suavitza. La pressurització forçada abans de la descongelació completa comporta un risc de ruptura catastròfica.
La inspecció després de la descongelació és necessària perquè poden existir esquerdes microscòpiques encara que les fuites no siguin visibles immediatament.
Reiniciant després de l'aturada d'hivern
Un bescanviador adequat per a l'hivern requereix una reintroducció acurada al servei. El cabal inicial ha de ser gradual, permetent una igualació uniforme de la temperatura. La introducció ràpida de fluid calent en una unitat freda pot crear xoc tèrmic, produint fuites temporals o permanents.
El seguiment durant la primera operació confirma la integritat del segell i l'estabilitat estructural. Qualsevol caiguda de pressió anormal o aspecte d'humitat garanteix l'aturada i la inspecció immediata.
Falles estacionals prevenibles
El dany per congelació no és el resultat de la debilitat del material, sinó del líquid atrapat i una preparació inadequada. Els procediments d'hivernació-drenatge complet, evasió d'aire i protecció adequada contra la congelació-eliminen la causa principal de la ruptura.
Per a instal·lacions a l'exterior de manera permanent, la combinació d'aïllament, traçat de calor i drenatges{0}}ben col·locats ofereix una protecció contínua durant tot l'any. Amb aquestes mesures, els canvis estacionals de temperatura es converteixen en consideracions operatives més que en amenaces de fiabilitat.
