Miben különböznek a bajonett{0}}típusú PTFE hőcserélők a hagyományos fix csőlemez-kialakításoktól?

A legtöbb héj- és csőcserélőnek mindkét végén csövek vannak rögzítve. A bajonettcserélő ezt a fejére fordítja: a csövek csak az egyik végén vannak rögzítve, a másik vége szabadon csúszhat egy lezárt külső burkolaton belül. Ez az egyszerű kialakítás két régóta fennálló probléma-feloldása, a hőterhelés és a karbantartási hozzáférés. A bajonett elrendezés csábító alternatívát jelent a PTFE hőcserélőket igénylő felületkezelési és kémiai eljárások során, ahol az anyag magas hőtágulási együtthatója (CTE) problémássá teszi a rögzített csőlemezes megoldásokat.

A bajonett konstrukció (magyarázat)
A bajonett stílusú PTFE hőcserélő elnevezése egy bajonett{0}} típusú villanykörte vagy csőcsatlakozás megjelenéséből ered, amelyben az egyik alkatrészt a másikba helyezik, és egyetlen ponton rögzítik. A bajonettcső két koncentrikus csőből áll, a belső csőből és a külső csőből, amelyek túlsó végén a hőcserélő terminológiája szerint tömítettek. A szerelvényt egy héjon belül helyezik el (vagy egyenesen egy tartályba), és csak a bemeneti/kimeneti végénél van rögzítve-jellemzően egy csőlapon vagy karimán. A rúd másik vége termikusan szabadon kitágul és összehúzódik.

Bajonett konfiguráció esetén a folyadékút általában a következőképpen épül fel:

A szervizfolyadék (gőz, forró víz vagy hűtőfolyadék) a belső csövön keresztül kerül a tömített végbe.

A folyadék a lezárt végén megfordul, és visszafolyik a belső és külső cső közötti gyűrű alakú területen.

A hő a külső csőfalon keresztül jut el a folyamatközeghez a héj (vagy a tartály felőli) oldalán.

A folyadék ezután a gyűrű alakú téren keresztül távozik, azon a végén, amelyen bejött.

A „be{0}}és-out” áramlási csatorna azt jelzi, hogy mind a bemeneti, mind a kimeneti csatlakozók a hőcserélő ugyanazon a végén találhatók. A bajonettcső szabad vége, kivéve a tömítést, szabadon mozoghat axiálisan.

Főbb különbségek a hagyományos fix csőlemez kialakításokhoz képest
A hagyományos rögzített csőlemezes PTFE hőcserélőben a csövek mindkét végén rögzítve vannak, a bemeneti végén egy csőlemez, a másik pedig a kimeneti oldalon. A csőköteg a héj szerves része, és a héj{1}}oldalsó fúvókák a héjhoz vannak hegesztve. A mechanikai viselkedés és a könnyű karbantartás egészen más.

Hőterhelési szállás
Ezenkívül a PTFE tágulása 10-20-szor nagyobb, mint az acélé (120-150 × 10-6 / fok versus 11 × 10-6 / fok). Rögzített csőlemezes kivitelben egy 2 m hosszú PTFE cső 20 fokról 100 fokra melegítve kb. 12-15 mm-t tágul. Mindkét vége rögzített, így ez a tágulás nyomóerőket hoz létre, amelyek meghajthatják a PTFE csövet vagy károsíthatják a csőlemez illesztéseit. Ennek elkerülése érdekében a rögzített csőlemezes PTFE hőcserélőnek a következőket kell tennie:

Lebegő fej (lehetővé teszi egy csőlap mozgatását), vagy

Egy tágulási hézag a héjban; alternatívaként

Nagyon rövid csőhosszak (korlátozza a hőcserélő kapacitását)

Ezen opciók mindegyike költséget, bonyolultságot és lehetséges szivárgási helyeket növel.

Másrészt a bajonett stílusú PTFE hőcserélő alapvetően tolerálja a hőtágulást. A bajonettcső szabad vége axiálisan elcsúszik a héjban vagy a külső burkolatban, ahogy a PTFE kitágul és összehúzódik. Nincs szükség dilatációs hézagra, úszófejre vagy egyedi anyagillesztésre. A bajonett forma különösen vonzó a nagy hőmérséklet-ingadozásokkal vagy gyakori hőciklusokkal járó alkalmazásoknál.

Karbantartási hozzáférés és a kötegek eltávolíthatósága
A bajonett kialakításnak jelentős mechanikai előnye van, mivel a teljes csőköteg eltávolítható a hőcserélőből anélkül, hogy megzavarná a héj{0}}oldalsó csővezetékeit. A köteget az egyik végén a héjba helyezik, és egyetlen karima vagy csőlap tartja a helyén. A köteg eltávolítása tisztítás, ellenőrzés vagy csere céljából:

A cső felőli bemeneti/kimeneti cső le van választva.

Távolítsa el a köteg karimás csavarjait.

A köteget axiális irányban húzzuk ki a héjból.

A héj a helyén van, és minden héj{0}}oldali csővezeték (beleértve a fúvókákat, tömítéseket és csatlakozókat) sértetlen.

Fix csőlemezes kivitelben a csőköteg eltávolítása sokkal bonyolultabb. A héj két végét ki kell nyitni, és szükség lehet a héj oldali fúvókák leválasztására vagy az egész hőcserélő eltávolítására a vezetékről. Ez nagy projekt lehet nagy hőcserélők számára a forgalmas folyamathelyeken.

Azoknál a szolgáltatásoknál, ahol rendszeres tisztításra van szükség (például a szennyeződésre hajlamos-felületkezelő fürdőknél), a bajonettcserélőben a köteg egyszerű eltávolítása döntő előnyt jelent. A bajonettköteget csak órákba telik kivenni, megtisztítani és visszahelyezni; a rögzített csőlapköteg egy teljes napos vagy több leállást jelenthet.

Termikus problémák a teljesítménnyel
A bajonett kialakítása a hőteljesítmény-elhagyásával jár. A gyűrűs áramlási út (a folyadék a belső csőben és a gyűrűn keresztül visszaáramlik) kettős-csőhatást ad. Két oka van annak, hogy a teljes hőátbocsátási tényező valamivel alacsonyabb, mint egy hasonló ellenáramú rögzített csőlemez kialakításnál:

Csökkentett effektív hőmérséklet-különbség - Az áramlási minta nem tiszta ellenáram, hanem ellenáram és párhuzamos áramlás keveréke, amely csökkenti a logaritmus hőmérséklet-különbséget (LMTD).

Alacsonyabb sebesség a gyűrűs oldalon - Ugyanazon teljes áramlási sebesség mellett a gyűrű alakú rés sebessége kisebb lehet, mint egyetlen csőé, és ez befolyásolja a film együtthatóját.

Ez a csökkenés azonban gyakran csekély (10-20%), és gyakran ellensúlyozza a hosszabb csövek használatának lehetőségét (mivel a hőtágulás nem korlátozó tényező), valamint a nagyobb héjoldali sebességgel történő működés. Sok felületmegmunkálási alkalmazásnál a javíthatósági előnyök jóval meghaladják a kis hatékonysági hátrányt.

Anyagok és építés
A bajonett hőcserélők népszerűek a grafit és PTFE konstrukciókban, mivel feszültség hatására törékenyek vagy kúsznak, és ezek az anyagok jelentős hőtágulást mutatnak. A bajonett kialakítás az anyag minőségével működik, nem pedig ellene.

A PTFE bajonettcserélőkben a belső és külső csövek általában PTFE-ből vagy PFA-ból (perfluoralkoxi) készülnek. A lezárt vége a két cső összehegesztésével vagy hőkezelésével készül. A szabad vége nyitott, és a belső cső egy csőlemezen vagy érvéghüvelyen halad át. A külső csövet PTFE tömítés vagy O-gyűrű tömíti a csőlemezhez, amely lehetővé teszi a tengelyirányú csúszást és megakadályozza a szivárgást.

Megjegyzendő, hogy a bajonettcső szabad végét meg kell tartani a vibráció elkerülése érdekében. A hosszú bajonettcsövekben (pl. . 3-5 m) közbenső tartógyűrűket vagy terelőlemezeket használnak a héj belsejében, hogy a külső csövet az axiális mozgás akadályozása nélkül irányítsák. E támogatás nélkül az áramlás-indukálta vibráció ingerlő kopást és idő előtti meghibásodást okozhat.

Összehasonlítási táblázat: Bajonett vs fix csőlapos PTFE hőcserélő Jellemző Bajonett stílusú PTFE hőcserélő Fix csőlapos PTFE hőcserélő csőrögzítés Az egyik vége rögzített, a másik vége szabadon mozgatható Mindkét vége csőlapokhoz van rögzítve
Inherens termikus expanziós szállás – szabad végcsúszdák; nincs szükség tágulási hézagra Lebegő fejre, dilatációs hézagra vagy rendkívül rövid csövekre van szükség
Köteg eltávolíthatósága Könnyen húzható a köteg egyik végéről anélkül, hogy megszakítaná a héjcsöveket. Nehéz szétszerelni mindkét végét. Gyakran a hőcserélő eltávolítása a vezetékből
A Shell fúvókái rögzítve maradhatnak a köteg eltávolítása közben
Csőoldali csatlakozások Bemenet és kimenet ugyanazon a végén Bemenet és kimenet az ellenkező végén (általában)
Be- és kiáramlási útvonal koncentrikus csöveken keresztül (kettős{0}}csőhatás) Egyenesen átmenő (egy menet) vagy több-átmenet visszatérő motorháztetővel
Hőhatékonyság Kissé csökkent (LMTD korrekciós tényező 0,85–0,95) Magasabb (valós ellenáram lehet)
Átlagos max. Csőhossz Kezelési és rezgési korlátozott hőterhelés Korlátozza a hőtágulás (általában 1,5–2,5 m PTFE-nél tágulási hézag nélkül)
Elszennyeződéstűrés Jó, a köteg tisztításhoz levehető Tisztességes – a tisztítás extra időt vesz igénybe
Ár kis egységekre. Mérsékelt - egyetlen csőlap, nincs tágulási hézag Alsó - Könnyebb összeszerelés rövid csövekhez
A nagy/hosszú egységek költsége Alacsonyabb – nincs szükség költséges dilatációs hézagokra Magasabb – az úszófej vagy a tágulási hézag növeli a költségeket
A bajonett PTFE hőcserélők gyakorlati alkalmazásai
A kémiai feldolgozásban és a felületkezelésben a bajonett kialakítást részesítik előnyben számos speciális esetben:

Súlyos hőciklus - Batch eljárások a hőcserélő több fűtési és hűtési ciklusával naponta. A szabadon-csúszó bajonettcsövek lehetővé teszik ezt a kerékpározást feszültség felhalmozódása nélkül.

Elszennyeződés - Fürdők, amelyek vízkövet, iszapot vagy szerves bevonatot hagynak a hőátadó felületen. Fontos, hogy a köteget mechanikai vagy vegyi tisztításhoz rendszeresen ütemezetten húzhassuk.

PTFE-t igénylő agresszív savas környezet - A PTFE kémiailag közömbös, és az agresszív savakra (pl. sósav, kénsav, fluorhidrogén) vonatkozik. A bajonett kialakítás csökkenti a tömítések és az esetleges szivárgási helyek számát a cső oldalán.

Korlátozott hozzáférésű hely - Ha a hőcserélőt gödörbe, falhoz vagy olyan helyre kell építeni, ahol nem lehet mindkét végét elérni. A bajonett hőcserélőnek csak az egyik végén van szervizelve.

Utólagos felszerelések - Meglévő rögzített csőlemez hőcserélő cseréje termikus kifáradási problémákkal A hibák kiváltó okát a bajonett kialakítása megszünteti.

Ezzel szemben a rögzített csőlemezes rendszerek továbbra is a következőkért versenyeznek:

Kisméretű, rövid hőcserélők (csőhossz < 1,5 m), amikor a hőtágulás nem probléma.

Alkalmazások termikus ciklus nélkül. Nagyon tiszta folyadékok.

Amikor tiszta ellenáramra van szükség az LMTD maximalizálásához (pl. hővisszanyerés közeli hőmérséklet megközelítéssel).

Költségvetési korlátokkal rendelkező projektek, ahol a legalacsonyabb előzetes költség a fő hajtóerő.

Telepítési és üzemeltetési szempontok
A bajonett stílusú PTFE hőcserélő meghatározásakor számos gyakorlati szempontot kell figyelembe venni.

A szabad vég alátámasztása A bajonettcső szabad végét meg kell támasztani, de nem kell szorosan rögzíteni. A fém-a-PTFE érintkezését a PTFE kopóhüvelyek vagy az alacsony-súrlódású gyűrűk akadályozzák meg.

Tömítés kialakítása - A külső csőnek a csőlemezbe való bejutását biztosító csúszó tömítésnek lehetővé kell tennie a tengelyirányú mozgást szivárgás nélkül. Gyakoriak a PTFE ajakos tömítések vagy O-gyűrűk rugós feszültséggel.

Áramláseloszlás - Győződjön meg arról, hogy a gyűrű alakú rés elég nagy ahhoz, hogy elkerülje a túlzott nyomáscsökkenést. A rés általában 2-5 mm, a csőátmérőtől és az áramlási sebességtől függően.

Csővibráció - A terelőlapokat vagy a tartólemezeket 0,5–1,0 méteres távolságra kell elhelyezni, hogy elkerüljük az örvény-rezgést. A támasztékoknak lehetővé kell tenniük a tengelyirányú csúszást.

Vegye figyelembe azt is, hogy a bajonett hőcserélők számos darabban telepíthetők egyetlen héjba. A több-bajonettes kialakítás nagyszámú bajonettcsövet használ párhuzamosan, és mindegyiket ugyanarra a csőlemezre rögzítik. Ez az elrendezés nagy területet biztosít a hőátadáshoz és a karbantartáshoz való hozzáférést csak az egyik végéről.

Következtetés