چرا مبدل های حرارتی PTFE نشتی بای پس ایجاد می کنند و چگونه آن را اصلاح می کنند؟

نشتی بای پس نشتی به محیط بیرون نیست، بلکه یک سیال جانبی{0}}برش کوتاه-پوسته- داخلی است که به‌جای عبور از داخل بسته‌بندی لوله، در اطراف آن جریان دارد. این بای پس داخلی از دست دادن سطح انتقال حرارت و کاهش کارایی مبدل است اما از بیرون قابل مشاهده نیست. دانستن مسیرها و علل نشتی بای پس مشکلات مبدل حرارتی PTFE برای تشخیص افت عملکرد و برنامه ریزی تعمیرات موفق بسیار مهم است. این مقاله کانال‌های نشتی رایج، علل نشتی و مراحل تعمیر برای بازگرداندن عملکرد حرارتی را مورد بحث قرار می‌دهد.

نشت دور زدن: چیست و چرا اهمیت دارد؟
در یک مبدل حرارتی-و-لوله‌ای، قرار است سیال جانبی پوسته- در سراسر بسته لوله جریان داشته باشد که توسط بافل هدایت می‌شود. نشت بای پس زمانی اتفاق می‌افتد که مقداری از آن مایع با لوله‌ها تماس نداشته باشد، زیرا در مسیر کوتاه‌تری با مقاومت پایین‌تر جریان می‌یابد. سیال با یک تغییر دمای کوچک یا صفر مبدل را ترک می کند که سرعت انتقال حرارت کلی را کاهش می دهد.

نشت بای پس مضر است، به ویژه برای مبدل های حرارتی PTFE که از قبل هدایت حرارتی کمتری نسبت به واحدهای فلزی دارند. جریان بای پس 20% می تواند ضریب انتقال حرارت موثر را 25-35% کاهش دهد زیرا سیال بای پس در تبادل حرارت شرکت نمی کند. مشکل داخلی است و با بازرسی بصری خارجی یا آزمایش فشار، تنها با نظارت بر عملکرد حرارتی یا معاینه داخلی قابل تشخیص نیست.

مسیرهای نشتی بای پس اولیه مبدل حرارتی PTFE
سیال جانبی{0}}پوسته می‌تواند بسته‌بندی لوله را به سه روش مختلف دور بزند.

1. بسته-به-ترخیص پوسته (بای پس حلقوی)
همیشه بین بیرونی ترین لوله ها و دیواره داخلی پوسته فضایی وجود دارد. این شکاف حلقوی برای قرار دادن و برداشتن دسته لوله مورد نیاز است. این شکاف در یک مبدل به خوبی ساخته شده با نوارهای آب بندی (که گاهی اوقات به آن مهر و موم بای پس گفته می شود) یا لوله های ساختگی که جریان را محدود می کند پر می شود. نوارهای آب بندی اغلب میله های فولادی مسطح یا نوارهای پر شده از PTFE{3}} هستند که به بافل ها چسبانده می شوند، به سمت بیرون بیرون زده و با دیواره پوسته تماس دارند.

هنگامی که نوارهای آب بندی از بین رفته، فرسوده یا پاره شده اند، مایع روی پوسته به راحتی از شکاف حلقوی بدون وارد شدن به بسته لوله جریان می یابد. این جاده کنارگذر اصلی است.

2. فاصله بافل تا پوسته
بافل ها محکم در پوسته قرار نمی گیرند. فاصله کمی (معمولاً 1-3 میلی متر) برای فعال کردن مونتاژ و انبساط حرارتی ارائه می شود. مایع ممکن است روی لبه های هر بافل، به خصوص در بالا و پایین که در آن برش بافل رخ می دهد، جاری شود. نشتی در مبدل های جدید کم است (2-5٪ از کل جریان). اگر بافل ها آسیب ببینند، پیچ بخورند، خورده شوند یا فرسایش پیدا کنند، فاصله افزایش می یابد و جریان بای پس به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

چکش آب (چکش بخار)، اقلام خارجی که در سیال کناری پوسته حمل می‌شوند و خوردگی اجزای بافل فلزی می‌توانند باعث آسیب به بافل‌های مبدل حرارتی PTFE شوند (لوله‌های PTFE خود خورده نمی‌شوند، اما بافل‌های فلزی و صفحات نگهدارنده ممکن است خورده شوند).

3. لوله تا بافل فاصله
هر بافل دارای سوراخی است که یک لوله PTFE از آن عبور می کند. برای اجازه دادن به حرکت لوله PTFE انعطاف پذیر و جلوگیری از اتصال در طول انبساط حرارتی، فضایی بین 0.2 تا 0.5 میلی متر ضروری است. این سوراخ های حلقوی کوچک ممکن است به مایع اجازه خروج بدهد. نشتی لوله به بافل معمولاً در اکثر طرح ها یک عامل جزئی در بای پس است (معمولاً<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.

دلایل مبدل های حرارتی بای پس PTFE
معاینه داخلی معمولاً یک یا چند مورد از شرایط زیر را نشان می دهد:

حذف آب و هوا فرسوده یا گم شده
نوارهای آب بندی با پیچ، گیره یا جوش بر روی بافل ها بسته می شوند. پیچ‌ها می‌توانند به مرور زمان شل شوند، گیره‌ها از کار بیفتند، یا خود نوارها دچار خوردگی یا تخریب شوند. در فیلدهای معینی-تعمیرات، نوارهای آب بندی ممکن است پس از لوله کشی مجدد-نصب نشده باشند. این یک کشف معمولی است که نوارهای مهر و موم فقط روی تعداد کمی از بافل ها وجود دارند یا کاملاً وجود ندارند.

بافل های آسیب دیده،
بافل ها را می توان با موارد زیر شکست.

چکش بخار - امواج ضربه ای مکرر می تواند بافل های فلزی را در نزدیکی دهانه های لوله خم کرده یا بشکند.

خوردگی - حفاظ‌های فولادی می‌توانند در اثر استفاده خورنده نازک شوند و شکل خود را از دست بدهند (حتی با لوله‌های PTFE).

ضربه مکانیکی - اگر به درستی تراز نشده باشند، بافل ها ممکن است در حین جاگذاری یا برداشتن بسته خم شوند.

بافل خم شده دیگر به خوبی روی پوسته قرار نمی گیرد، فاصله قابل توجهی ایجاد می کند. یک بافل شکسته ممکن است قطعاتی از دست رفته باشد که امکان جریان را فراهم می کند.

جداسازی پوسته بزرگ از طراحی اصلی
برخی از مبدل‌های حرارتی PTFE ارزان-با فاصله‌های بیش از حد بسته-به-پوسته برای تسهیل ساخت ساخته شده‌اند. ممکن است یک شکاف 10 میلی متر یا بیشتر وجود داشته باشد. نوارهای آب بندی وجود ندارند یا خیلی کوچک هستند. در این شرایط، نشتی بای پس یک ویژگی طراحی است و بدون طراحی مجدد عمده قابل حذف نیست.

نحوه تشخیص نشتی بای پس بدون باز کردن مبدل
اگر مشکوک به نشتی بای پس باشد:

نرخ انتقال حرارت، محاسبه شده از دماهای ورودی/خروجی و نرخ جریان، بسیار کمتر از شکل طراحی است، حتی اگر لوله ها تمیز هستند و نشتی خارجی وجود ندارد.

افت فشار سمت پوسته کمتر از قرائت های تاریخی در همان دبی است. افت فشار کمتر به این معنی است که سیال در کانالی با مقاومت کمتر (بای پس) جریان دارد.

تغییر دمای پوسته-سیال جانبی (ΔT) آنطور که انتظار می رود نیست و دمای خروجی لوله{1}}به طور مشابه خارج از هدف است.

اول، ضروری است که توضیحات جایگزین برای عملکرد ضعیف را رد کنیم: رسوب، مواد غیر قابل تراکم{0}}به دام افتاده، یا نرخ جریان پایین تر. اگر آنها ناپدید شوند، احتمالاً نشتی بای پس است.

دور زدن اقدامات اصلاحی نشت
تعمیر مناسب به شدت و در دسترس بودن باندل لوله بستگی دارد.

1. تعویض نوارهای آب بندی (متداول ترین تعمیر)
برای مبدل‌های با بسته‌های لوله قابل جابجایی، می‌توان نوارهای آب‌بندی را در طول یک خاموشی برنامه‌ریزی‌شده وارد یا برداشت. فرآیند این است:

پوشش پوسته برداشته شده و بسته نرم افزاری لوله بیرون کشیده می شود.

بافل ها بررسی می شوند. زباله ها و خوردگی را از شیارهای نوار آب بندی موجود پاک کنید.

نوارهای مهر و موم جدید (اغلب پارچه آغشته به PTFE، نوارهای فنر فلزی یا میله های PTFE جامد) به طول مورد نیاز بریده شده و در شکاف های هر بافل نصب می شوند. نوارها برای تماس با دیواره داخلی پوسته با یک تداخل کوچک (فشردهی 0.2 تا 0.5 میلی متر) بیرون زده می شوند.

نوارها توسط پیچ یا با سوراخ کردن لبه های بافل (برای نوارهای فلزی) در جای خود ثابت می شوند. برخی از طرح ها نوارها را با فشار پوسته در برابر بافل نگه می دارند.

بسته نرم افزاری دوباره نصب می شود و مبدل تست می شود.

این تعمیر معمولاً 90 تا 100 درصد عملکرد از دست رفته را در صورتی که بافل ها آسیب نبینند، بازیابی می کند.

2. تعمیر یا تعویض بافل
نوارهای آب بندی به تنهایی نمی توانند بافل های خمیده، شکسته یا خورده را ثابت کنند. بافل های آسیب دیده باید تعمیر یا تعویض شوند. برای مبدل های حرارتی PTFE، بافل ها عموماً از فلز (فولاد ضد زنگ یا فولاد کربنی) ساخته می شوند که می توانند:

صاف شده - خم های کوچک را می توان در یک پرس هیدرولیک صاف کرد.

جوش - ترک ها جوش داده می شوند و زمین صاف می شوند. مراقب باشید که بافل دچار اعوجاج نشود.

تعویض شده - بافل های آسیب دیده شدید از بسته بریده می شوند و بافل های جدید روی لوله های PTFE رزوه می شوند. این یک عمل فشرده-کار است که اغلب در حین لوله‌کشی کامل انجام می‌شود.

پس از تعمیر بافل، نوارهای آب بندی جدید نصب می شود.

3. پوسته{1}}تنظیم جریان جانبی (کاهش موقت)
برای شرایطی که جداسازی فوری امکان‌پذیر نیست، تنظیمات عملیاتی می‌تواند تا حدی نشت بای پس را جبران کند. افزایش سرعت جریان پوسته{1}}سرعت را از طریق بسته لوله و شکاف های بای پس افزایش می دهد. از آنجایی که افت فشار با مجذور سرعت افزایش می‌یابد، سرعت جریان بالاتر ممکن است نسبت سیالی را که در واقع از لوله‌ها عبور می‌کند، بهبود بخشد. با این حال، این علت اصلی را برطرف نمی کند و انرژی پمپاژ را افزایش می دهد. این فقط یک اقدام موقت در نظر گرفته می شود.

4. طراحی مجدد برای مشکلات شدید ترخیص کالا
در مبدل‌هایی با فضای خالی پوسته‌ای بزرگ (طراحی اولیه ضعیف)، می‌توان با نوارهای آب‌بندی ضخیم‌تر یا نصب لوله‌های ساختگی در فضای حلقوی، مقاوم‌سازی را انجام داد. لوله‌های ساختگی طول‌های کوتاهی از لوله‌های PTFE هستند که در بیرونی‌ترین سوراخ‌های لوله قرار می‌گیرند، اما در انتهای صفحه لوله مهر و موم شده‌اند تا هیچ سیالی از آنها عبور نکند. آنها فضا را اشغال می کنند و عبور و مرور را مسدود می کنند. این روش مستلزم حفاری سوراخ های اضافی در بافل ها و صفحات لوله است و معمولاً توسط یک تعمیرگاه تخصصی انجام می شود.

توصیف نمودار مقطعی- (نمایش متن)
شرح زیر مسیرهای بای پس را در یک پوسته PTFE معمولی-و-مبدل حرارتی لوله که در یک مقطع عرضی مشاهده می‌شود نشان می‌دهد:

دایره بیرونی نمایانگر دیواره داخلی پوسته است.

در داخل، یک آرایه دایره ای از دایره های کوچک نشان دهنده لوله های PTFE است.

شکاف بین بیرونی‌ترین دایره‌های لوله و دیواره داخلی پوسته، فاصله بسته‌ای-به-پوسته (مسیر بای پس حلقوی) است. در یک مبدل{3}}که به خوبی طراحی شده است، نوارهای آب بندی (که به صورت مستطیل های کوچک متصل به بافل به تصویر کشیده شده اند) به داخل این شکاف بیرون زده و تقریباً دیواره پوسته را لمس می کند.

یک بافل به صورت یک خط افقی که از داخل پوسته عبور می کند، با بریدگی ها (پنجره بافل) در بالا و پایین نشان داده می شود. سیالی که در اطراف لبه‌های بافل جریان دارد-از طریق بافل-تا-خلاصه پوسته-به‌عنوان فلش‌هایی که بین نوک بافل و دیواره پوسته عبور می‌کنند نشان داده می‌شود.

فلش های کوچک بین لوله های مجزا و بافل نشان دهنده نشت لوله-به-بافل است.

نوارهای آب بندی مسیر بای پس حلقوی را مسدود می کنند. در صورت عدم وجود، فلش های بزرگ نشان دهنده جریان بدون مانع از شکاف حلقوی است.

جلوگیری از نشت بای پس
در هنگام طراحی و مونتاژ اولیه بهتر است از نشت بای پس جلوگیری شود:

ساخت و ساز کلاس R یا B TEMA را مشخص کنید - این استانداردها حداکثر فاصله را تعریف می کنند و به نوارهای آب بندی برای قطر پوسته بالاتر از یک اندازه خاص نیاز دارند.

از نوارهای آب بندی دوتایی استفاده کنید - دو ردیف نوار درزگیر در هر بافل باعث ایجاد افزونگی می شود.

نوارهای آب بندی را در حین لوله گذاری مجدد بررسی کنید - هر گونه نوار مفقود یا آسیب دیده قبل از مونتاژ مجدد تعویض می شود.

از چکش آب اجتناب کنید – همانطور که در راهنماهای مربوطه بحث شده است، چکش بخار به بافل ها آسیب می رساند و اتصالات نوار آب بندی را شل می کند.

یک بازرسی داخلی دوره ای (هر 3 تا 5 سال) باید شامل بررسی سفتی نوارهای آب بندی و وضعیت بافل ها باشد. اگر زودتر به نشتی بای پس مشکوک شد، آزمایش افت فشار با نرخ جریان شناخته شده را می توان با داده های پایه مقایسه کرد.

نتیجه گیری
نشتی بای پس یک مسئله طراحی و نگهداری است که عملکرد مبدل حرارتی PTFE را بی صدا کاهش می دهد. مسیرهای اولیه بسته‌ای-به-ترخیص پوسته (بای پس حلقوی) و بافل-به-ترخیص پوسته هستند. فقدان یا فرسودگی نوارهای آب بندی و بافل های آسیب دیده شایع ترین دلایل هستند. بازرسی داخلی اغلب این مشکلات را آشکار می کند. اقدامات اصلاحی شامل تعویض نوارهای آب بندی، تعمیر یا جایگزینی بافل های آسیب دیده، و به عنوان یک اقدام موقت، افزایش جریان جانبی پوسته{8}}. برای مشکلات شدید ترخیص، ممکن است به لوله های ساختگی یا طراحی مجدد نیاز باشد. مشکل مبدل حرارتی PTFE نشتی بای پس می تواند انتقال حرارت را 10 تا 30 درصد کاهش دهد، اما اکثر موارد در طول یک قطع برنامه ریزی شده کاملاً قابل اصلاح هستند. ساخت مناسب با نوارهای آب بندی کافی و بازرسی داخلی دوره ای باعث حفظ راندمان حرارتی و افزایش طول عمر می شود.