مبدل حرارتی بلوک گرافیت چگونه ساخته می شود و ویژگی های منحصر به فرد مونتاژ آن چیست؟

بسیاری از مبدل های حرارتی گرافیتی به صورت یک بلوک منفرد با کانال های حفر شده ساخته می شوند که برخلاف پیکربندی{1}}و{2}}لوله شناخته شده، بیشتر شبیه یک منیفولد ماشینکاری شده است تا یک بسته لوله. این ساختار دارای مزایای خاصی در فشرده‌بودن است، اما تعمیر را نیز محدود می‌کند. در فعالیت‌های خورنده، جایی که فضا در درجه اول قرار دارد یا یکپارچگی نشتی حیاتی است، دانش فرآیند ساخت مبدل‌های حرارتی بلوک گرافیت برای تعیین تجهیزات مناسب مورد نیاز است.

ساخت هسته: بلوک های حفاری سیمانی به یکپارچه
این روش با بلوک های عظیم گرافیت غیرقابل نفوذ آغاز می شود. گرافیت با آغشته کردن گرافیت کربن متخلخل به رزین فنولیک یا فوران در برابر خوردگی مقاوم می شود تا گرافیت را در برابر نفوذ سیالات ببندد. بلوک ها دقیقاً با دو مجموعه سوراخ عمود بر هم سوراخ می شوند، یکی برای سیال فرآیند و دیگری برای سیال سرویس (محیط گرمایش یا سرمایش). دو کانال سیال عموماً عمود بر یکدیگر و در زوایای قائم هستند و متقاطع نیستند.

سپس تک تک بلوک ها انباشته شده و با سیمان رزینی خاصی سیمان می شوند. سیمان باید دارای ضریب انبساط حرارتی مشابه گرافیت و مقاومت مشابه در برابر خوردگی باشد. پشته پس از مونتاژ و پخت، یک هسته گرافیتی یکپارچه را تشکیل می دهد. پشته بلوک توسط هدرها (محفظه های توزیع) خاتمه می یابد که به انتها، معمولاً با واشر، برای هدایت سیال به داخل و خارج کانال های حفاری شده، پیچ می شوند. سپس کل این مجموعه در یک پوسته فولادی محصور می شود یا با پوشش های بیرونی عرضه می شود.

بلوک کردن ویژگی های مونتاژ ویژه مبدل های گرافیت
مدولاریت برای مقیاس بندی
ماهیت طراحی بلوک ماژولار بودن را فراهم می کند. چندین بلوک را می توان به صورت افقی یا عمودی برای بهبود ناحیه انتقال حرارت روی هم چید. طول بلوک های مختلف را می توان در یک پوسته استفاده کرد، به طوری که وظیفه مورد نیاز را می توان بدون نیاز به ساخت سفارشی برآورده کرد. این ماژولار بودن موجودی قطعات یدکی را کاهش می دهد زیرا یک بلوک معیوب از نظر تئوری قابل تغییر است، اگرچه در واقع تعویض بلوک به ندرت انجام می شود، به خصوص در هنگام بررسی عوارض اتصال.

فشردگی شدید
کل حجم بلوک یک سطح فعال انتقال حرارت است - هر سانتی متر مکعب دارای کانال های متقاطع است که دستگاه را بسیار فشرده می کند. بدون لوله، بافل یا ورق لوله برای اشغال فضا. مبدل گرافیت بلوکی ممکن است 50-70% مساحت کمتری نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله فلزی هم کار داشته باشد. این فشردگی به ویژه برای مقاوم سازی یا نصب در تاسیسات شیمیایی موجود که در آن فضا در بالاترین حد است مفید است.

از بین بردن اتصالات بین لوله ها و صفحات لوله
طراحی بلوک اتصالات-به-لوله‌ها را حذف می‌کند، که یکی از دلایل رایج نشتی در مبدل‌های حرارتی معمولی است. هیچ انتهایی به لوله به صورت مکانیکی نورد یا جوش داده نشده است. گرافیت جامد مانعی بین فرآیند و سیالات سرویس می دهد. واشرها منحصراً در هدر-برای مسدود کردن-اتصالات در جایی که هر دو سیال در فشارهای تفاضلی متوسطی هستند استفاده می‌شوند. این به شدت کانال های نشت احتمالی را به حداقل می رساند و ایمنی با مایعات خطرناک یا سمی را بهبود می بخشد.

بدون واشر بین سرویس و مایعات فرآیند
یکی از ویژگی های ایمنی اصلی طراحی بلوک این است که دو جریان سیال توسط واشر از هم جدا نمی شوند. بلوک گرافیتی یک مانع یکپارچه پیوسته است. واشرهای هدر ممکن است نشت کنند، اما از آنجایی که محفظه های هدر ایزوله هستند، احتمال کمی وجود دارد که فرآیند و مایعات سرویس آلوده شوند. این خاصیت به ویژه در کاربردهایی که اختلاط این دو مایع منجر به واکنش های شدید یا از دست دادن محصول می شود بسیار ارزشمند است.

محدودیت اصلی عدم تعمیر-است
ساخت و ساز منحصر به فرد نیز محدودیت بزرگی را ایجاد می کند. اگر یک بلوک در نتیجه شوک حرارتی، افزایش فشار یا استرس مکانیکی در داخل شکسته شود، نمی توان آن را جوش داد، وصله کرد یا پر کرد. معابر داخلی برای تعمیر قابل دسترسی نیست. شما باید کل بلوک یا کل پشته بلوک را جایگزین کنید. در واقع این به طور کلی به معنای رها کردن کل مبدل است زیرا جایگزینی بلوک های منفرد شامل شکستن اتصالات متصل و پیوند مجدد بلوک های جدید است که به ندرت ارزان است.

در برخی از خدمات شدید، مبدل های بلوکی، در واقع اجزای مصرفی هستند. مقاومت در برابر چرخه دما و خستگی مکانیکی بر زندگی آنها حاکم است. اگر ترک های دوره ای انتظار می رود، ممکن است تعداد زیادی واحد بلوک کوچکتر به صورت موازی فراهم شود تا یک شکست کل فرآیند را متوقف نکند.

مقایسه مبدل های حرارتی پوسته و لوله گرافیت
مبدل‌های حرارتی گرافیت نیز به صورت پوسته-و-طراحی لوله، با استفاده از لوله‌های گرافیتی (معمولاً با قطر 20 تا 50 میلی‌متر) و صفحات لوله گرافیتی ساخته می‌شوند. مقایسه این مبادلات را نشان می دهد:

ویژگی: بلوک گرافیت گرافیت، پوسته و لوله
چگالی شار حرارتی بسیار زیاد (مختل) متوسط
مسیرهای نشتی تعداد کمی (بدون اتصال لوله) تعداد زیادی (هر اتصال لوله)
قابلیت تعمیر هیچ (بلوک ترک خورده=جایگزین) خوب (تک لوله ها را می توان وصل کرد یا تعویض کرد)
حداکثر فشار عملکرد پایین تر (اغلب 6-10 بار) بالاتر (شاید 10-16 بار)
تمیز کردن / رسوب کردن سوراخ های مسدود شده برای تمیز کردن سخت تر تمیز کردن مکانیکی لوله ها امکان پذیر است
وظایف معمولی چگالش مایعات تک فاز جوش آور، گرمایش، سرمایش
مبدل های بلوکی اغلب برای فعالیت های تراکم و مایع تک فازی که شوک حرارتی به طور موثر کنترل می شود، استفاده می شود. برای خدماتی که گرفتگی، رسوب یا چرخه دما بیشتر نگران کننده است، سیستم های گرافیت پوسته و لوله ترجیح داده می شوند زیرا می توان لوله های جداگانه را جایگزین کرد.

ملاحظات عملی برای مشخصات
هنگام در نظر گرفتن ساخت مبدل حرارتی بلوک گرافیت برای یک وظیفه خاص، متغیرهای زیر باید در نظر گرفته شوند:

فرکانس چرخه حرارتی - افزایش فرکانس دوچرخه‌سواری خطر ترک خوردگی را افزایش می‌دهد. طرح های بلوک دوست دارند همیشه اجرا شوند.

گذراهای فشار - افزایش ناگهانی فشار (چکش آب) می‌تواند بلوک‌ها را بشکند. طراحی لوله و کاهش فشار باید صحیح باشد.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >خطر گرفتگی 1-2 میلی متر، که میله زدن آن آسان نیست.

بحرانی بودن سرویس - در یک-فرآیند قطار، جایی که خرابی مبدل باعث توقف تولید می‌شود، ممکن است نتوان واحدهای بلوک را تعمیر کرد. واحدهای اضافی یا نوع ساختمان دیگری توصیه می شود.

نتیجه گیری:
مبدل حرارتی بلوک گرافیت یک طراحی تخصصی با کارایی بالا است که قابلیت تعمیر را فدای فشرده‌بودن شدید و مسیرهای نشتی کمتر می‌کند. ساختار آن بلوک‌هایی است که روی هم چیده شده و به هم متصل شده‌اند تا یک هسته یکپارچه را تشکیل دهند که چگالی انتقال حرارت بسیار خوبی را فراهم می‌کند و لوله‌ای-به-اتصالات لوله نیست. اما یک بلوک ترک خورده قابل تعمیر نیست، باید به طور کامل جایگزین شود. سبک ساختمان باید با فلسفه نگهداری و اهمیت خدمات سازگار باشد. بلوک گرافیت یک راه حل زیبا و صرفه جویی در فضا برای شوک حرارتی کم، فعالیت های مداوم، تمیز و تک فاز است. برای سرویس‌های مرتبط با{7}}سخت یا ایمنی که قابلیت تعمیر مهم است، سایر مواد یا پوسته-و-گرافیت لوله ممکن است مناسب‌تر باشند.