Hogyan korlátozza a mechanikai ütés és a vibráció a grafit hőcserélők alkalmazását?

A grafit kerámiaszerű anyag,{0}} amely tömörítés hatására erős, de törékeny. Egyetlen rázkódás, nyomáslökés vagy folyamatos vibráció eltörheti a grafitcserélőt, és olyan katasztrofális meghibásodását okozhatja, ahogyan a hajlékony PTFE csövek soha nem. 9. A grafit kiváló korrózióállósággal és hővezető képességgel rendelkezik, de mechanikailag sérülékeny, és ezért meglehetősen korlátozott a biztonságos felszerelés helye szempontjából. A mechanikus lökésszerű grafit hőcserélő korlátozásának megértése fontos a meghatározott élettartama alatt megbízható berendezések kiválasztásánál.

A grafit törékeny, nincs képlékeny, nincs figyelmeztetés
A grafitnak lényegében nincs hajlékonysága vagy folyási viselkedése a repedés előtt. Míg a fémek plasztikusan deformálódnak és feszültség hatására megnyúlnak, a PTFE pedig szakadás előtt nagymértékben megnyúlik, a grafit törékeny szilárd anyag. Se nem rugalmas, se nem rugalmas. Eltörik. Az át nem eresztő grafit szakítószilárdsága általában 10-20 MPa, hasonlóan a PTFE-éhez. Azonban a PTFE képlékeny deformációja és energiaelnyelő képessége azt jelenti, hogy sokkal ütésállóbb. A grafit ezzel szemben a kritikus feszültségi szint eléréséig rugalmas energiát halmoz fel, majd minden előzetes deformáció nélkül hirtelen eltörik.

Az ilyen ridegség miatt a grafit hőcserélők nem képesek ellenállni a gyors mechanikai terheléseknek, az éles ütéseknek vagy az ismétlődő feszültségciklusoknak. A túlnyomás vagy a mérsékelt vibráció idővel repedéseket okozhat, amelyek tömbökön, csöveken vagy csőlemezeken keresztül terjednek.

A grafit hőcserélők különleges mechanikai veszélyei
Water Hammer A titkos nyomáshullám
Az áramlás hirtelen leállása, a szivattyú indítása vagy a szelepzárás nyomáshullámot hoz létre, amely hangsebességgel halad át a csövön. Ez a vízkalapács impulzus a rendszer tervezett nyomásának többszörösét képes létrehozni. Az ilyen erős impulzus azonnal eltörheti a grafitcserélő blokkjait vagy csöveit. A grafit kerámia,{3}}mint a természetben, és nem nyeli el a rugalmas deformáció következtében fellépő nyomáslökések energiáját. A nyomáshullám gyenge pontot talál, általában a fúvókák csatlakozásai vagy a blokkok sarkai körül, és elkezd törni.

A grafit magas kockázatú választás minden olyan rendszerben, ahol vízkalapács is lehetséges. A vízkalapács tipikus okai a kondenzáló gőzvezetékek, a hosszú csővezetékek gyorsan-záró szelepekkel és a nem megfelelő méretű szivattyú nyomóvezetékei. A grafit hőcserélő belülről megsérülhet egyetlen súlyos esemény miatt, még akkor is, ha nincs nyilvánvaló külső sérülés.

A forgó berendezések vibrációs kifáradása
A szivattyúk, kompresszorok, keverők és a környező forgógépek a folyamatos vibrációt továbbítják a csövön és a hőcserélő köpenyén keresztül. Ez a mechanikai vibráció idővel megterhelheti a grafit alkatrészeket, különösen a kötéseknél, a cső-cső-csatlakozásainál, vagy amikor a rugalmatlan csővezetékek közvetlenül a hőcserélő fúvókáihoz csatlakoznak. A rezgéseknek nem kell hevesnek lenniük; mérsékelt amplitúdójú, nagyfrekvenciás rezgések mikrorepedéseket okozhatnak, amelyek folyamatosan terjednek egészen a teljes törésig.

A grafitcserélőknek mechanikusan "csendes" szervizkörnyezetre van szükségük. Az idő előtti meghibásodás receptje, ha ugyanarra a csúszótalpra szereli fel, mint egy dugattyús szivattyút, vagy közvetlenül egy kiegyensúlyozatlan ventilátor mellé. Egyes helyzetekben a grafitcsövek vagy -tömbök saját frekvenciáit még a hőcserélő csatornáin átáramló turbulens folyadék áramlás által kiváltott rezgése is gerjesztheti.

Kezelés és gondozás által okozott károk
A ridegség a telepítést és a szervizelést is befolyásolja. Leesett szerszám, grafitfúvókának ütközés, nehéz csőkarima kihúzott vonalból, még a burkolaton lévő rögzítőelemek túlhúzása is repedést okozhat. A fémcserélők nehéz kezelést igényelhetnek az összeszerelés során, míg a grafit egységeket óvatosan kell kezelni. Egy másik komoly gond a szállítási károk: a kirakodás közben leejtett raklap eltörheti a grafittömböt, még mielőtt a szervizbe kerülne.

A grafitcserélőt enyhítő intézkedések
Ha grafit hőcserélőket kell használni olyan helyeken, ahol mechanikai ütés vagy vibráció léphet fel, számos tervezési és telepítési eljárás létezik, amelyek csökkenthetik a kockázatot:

Veszélycsökkentő intézkedés
Vízkalapács Használjon lassan záródó szelepeket, túlfeszültség-csillapítókat vagy akkumulátorokat. Ne használjon mágnesszelepeket a hőcserélőbe belépő folyadékáramhoz, amelyek gyorsan záródnak. A csővezetékeket úgy tervezze meg, hogy minimalizálja az áramlás gyors ingadozásait.
A csővezeték vibrációja Helyezzen rugalmas csatlakozókat (fonott fémtömlőket vagy tágulási kötéseket) a merev csövek és a hőcserélő fúvókái közé. A terhelés átvitelének megakadályozása érdekében a csöveket külön támassza a hőcserélő közelében.
Szivattyúk vagy kompresszorok vibrációja Szigetelje le a hőcserélőt rezgéscsillapított tartókon. A hőcserélőt 2-3 méteres rugalmas cső választja el a vibráló gépektől.
Ütésvédelem Szereljen fel védőburkolatokat vagy ketreceket az érzékeny fúvókák köré. Jelölje meg az emelőfüleket közvetlenül a hőcserélő köpenyén. Tanítsa meg a karbantartó szakembereket a megfelelő kezelési technikákról.
Hősokk Szabályozza a fűtési és hűtési sebességet (általában<5–10°C/min). Never infuse cold fluid into a hot exchanger abruptly.
Még ezekkel a lépésekkel sem csökkenthető teljes mértékben a mechanikai igénybevétel okozta kockázat. Olyan alkalmazásoknál, ahol a vízkalapács vagy az extrém vibráció nem kerülhető el biztonságosan, más anyagokat, például PTFE csőkötegeket vagy szilícium-karbid hőcserélőket kell megvizsgálni.

Mikor működik a grafit{0}}és mikor nem
A grafit hőcserélők megfelelőek mechanikailag stabil, alacsony vibrációjú{0}}berendezésekhez, amelyekben egyenletes folyadékáramlás van, nyomáslökések nélkül és gondos kezelők. Tipikusan elfogadható alkalmazások a következők:

Fűtő- vagy hűtőfolyadék állandósult-állapotban vegyi reaktorokban

Tiszta gőzök kondenzációja gravitációs lefolyón keresztül

Reboiler szerviz szabályozott hőbevitellel

Nem alkalmazható alkalmazások:

Gőzkalapácsra érzékeny kondenzvízrendszerek

Berendezések a dugattyús szivattyúk után

Mozgásra és ütésekre érzékeny mobil vagy tengeri berendezések

Minden olyan szolgáltatás, amely nem rendelkezik rugalmas csatlakozókkal vagy megfelelő támasztékokkal a csőrendszerhez.

Összehasonlítás a PTFE-vel: Kémiai ellenállás vs mechanikai szívósság
A ptfe-vel való összehasonlítás beszédes. A PTFE csőkötegek nyomáslökések esetén meghajlanak, és sérülés nélkül elnyelik a mechanikai ütéseket. A PTFE elviseli a gyakori vibrációt és a mérsékelt kezelési visszaéléseket. De a PTFE nem tud ugyanolyan magas hőmérsékleten dolgozni, mint a grafit, és nem rendelkezik ugyanolyan magas hővezető képességgel. A grafit és a PTFE közötti döntés általában a kémiai/termikus teljesítmény (grafit) és a mechanikai robusztusság (PTFE) közötti kompromisszum.

Összegzés
A grafit ridegsége korlátozza a szilárd, alacsony vibrációjú{0}}berendezésekben való alkalmazását, míg a PTFE sokkal elnézőbb. A vízkalapács, a vibráció és az ütközés okozta károk valódi kihívást jelentenek a grafit hőcserélők épsége szempontjából. A törött blokkot vagy csövet nem lehet rögzíteni, és az egységet általában ki kell cserélni. Tehát a mechanikai környezet ugyanolyan lényeges az anyagválasztásnál, mint a kémiai környezet. A csövek dinamikáját, a szelepek működési idejét, a környező forgó gépeket és a kezelési eljárásokat megfelelően értékelni kell a grafit hőcserélő meghatározása előtt. Ha a mechanikai ütés nem kerülhető el, a katasztrofális meghibásodáson és a váratlan leálláson kívül korrózióálló anyagokat vagy a hőcserélő eltérő kialakítását kell figyelembe venni.