Како је конструисан измењивач топлоте од блок графита и које су његове јединствене карактеристике склапања?

Многи графитни размењивачи топлоте су конструисани као један блок са избушеним каналима, који више подсећају на машински разводник него на сноп цеви, за разлику од добро-познате љуске-и-конфигурације. Ова структура има одређене предности у компактности, али и ограничава поправку. У корозивним активностима, где је простор на првом месту или је интегритет цурења од виталног значаја, потребно је познавање процеса конструкције измењивача топлоте од блок графита да би се одредила одговарајућа опрема.

Конструкција језгра: цементирани избушени блокови у монолит
Поступак почиње са огромним блоковима непропусног графита. Графит се чини отпорним на корозију импрегнацијом порозног угљеничног графита фенолном или фуранском смолом како би се графит заштитио од продирања течности. Блокови су прецизно избушени са два сета окомитих рупа, једна за процесни флуид и једна за сервисни флуид (медиј за грејање или хлађење). Два канала за течност су углавном окомити један на други, под правим углом и не укрштају се.

Појединачни блокови се затим гомилају и цементирају специфичним смолним цементом. Цемент мора имати исти коефицијент топлотног ширења као графит и сличну отпорност на корозију. Слој формира монолитно графитно језгро након склапања и очвршћавања. Слага блокова завршава се заглављем (дистрибуционим коморама) који су причвршћени за крајеве, обично са заптивкама, да би течност усмерила у и из избушених канала. Цео овај склоп се затим затвара у челичну шкољку или се испоручује са спољним облогама.

Посебне карактеристике монтаже блок графитних измењивача
Модуларност за скалирање
Природа блок дизајна обезбеђује модуларност. Неколико блокова се може слагати хоризонтално или вертикално како би се побољшала област преноса топлоте. Различите дужине блокова се могу користити унутар једне шкољке, тако да се потребна обавеза може испунити без потребе за производњом по мери. Ова модуларност смањује залихе резервних делова јер се неисправни блок теоретски може променити, иако се у ствари замена блока ретко предузима, посебно када се разматрају компликације везивања.

Екстремна компактност
Цела запремина блока је активна површина за пренос топлоте – сваки кубни центиметар има канале који се укрштају, чинећи јединицу изузетно компактном. Нема цеви, преграда или цевних листова који би заузимали простор. Блок графитни измењивач може да користи 50-70% мање површине пода од измењивача са металним омотачем-истих цеви. Ова компактност је посебно корисна за накнадну уградњу или уградњу у постојеће хемијске објекте где је простор на првом месту.

Уклањање спојева између цеви и цевних плоча
Блок дизајн елиминише спојеве између цеви-на-, што је чест узрок цурења у конвенционалним измењивачима топлоте. Нема механички ваљаних или заварених крајева цеви. Чврсти графит чини баријеру између процеса и сервисних течности. Заптивке се користе искључиво на глави-за-блокирање прикључака где су обе течности под умереним диференцијалним притисцима. Ово драстично минимизира могуће канале за цурење и побољшава безбедност опасних или отровних течности.

Нема заптивки између сервисних и процесних течности
Главна безбедносна карактеристика блок дизајна је да два тока флуида нису одвојена заптивкама. Графитни блок је непрекидна монолитна баријера. Заптивке колектора могу да процуре, али пошто су коморе сабирнице изоловане, мала је шанса да процесне и сервисне течности буду унакрсно контаминиране. Ово својство је посебно вредно у применама где би мешање две течности изазвало озбиљне реакције или губитак производа.

Главно ограничење је -непоправљивост
Јединствена конструкција такође представља велико ограничење. Ако блок пукне унутар њега, као резултат топлотног удара, скока притиска или механичког напрезања, не може се заварити, закрпити или напунити. Унутрашњи пролази нису доступни за поправку. Морате заменити цео блок или цео блок блокова. У ствари, ово генерално значи напуштање целог измењивача јер замена појединачних блокова укључује ломљење спојева и поновно спајање нових блокова, што је ретко јефтино.

У неким тешким услугама, блок размењивачи су, у ствари, потрошне компоненте. Отпорност на температурне циклусе и механички замор управља њиховим животом. Ако се очекује периодично пуцање, могу се обезбедити бројне мање блок јединице паралелно тако да један квар не заустави цео процес.

Поређење измењивача топлоте са шкољком и графитом
Графитни размењивачи топлоте су такође направљени у облику шкољке-и-конструкције, користећи графитне цеви (обично пречника 20–50 мм) и графитне цеви. Поређење открива компромисе:

Карактеристике: Блок графит Графит, шкољка и цев
Густина топлотног флукса Веома висока (затегнута) Умерена
Путеви цурења Мало (без цевних спојева) Много (сваки спој цеви)
Поправљивост Ништа (пукли блок=замена) Добро (појединачне цеви могу да се зачепе или замене)
Максимални радни притисак Нижи (често 6-10 бара) Виши (можда 10-16 бара)
Чишћење/прљање Зачепљене рупе теже за чишћење Могуће је механичко чишћење цеви
Типични задаци Кондензација Монофазне течности Ребојлери, грејање, хлађење
Блок размењивачи се често користе за кондензацију и једнофазне течне активности где се топлотни удар ефикасно контролише. За сервисе где су зачепљење, запрљавање или промена температуре већи проблем, преферирају се графитни системи са шкољком и цевима јер се појединачне цеви могу заменити.

Практична разматрања за спецификацију
Када се разматра конструкција измењивача топлоте од блок графита за одређену дужност, треба узети у обзир следеће варијабле:

Учесталост термичког циклуса - Повећана фреквенција циклуса повећава ризик од пуцања. Блок дизајни воле да раде све време.

Прелазни процеси притиска - Изненадни скокови притиска (водени чекић) могу да разбију блокове. Дизајн цеви и растерећење притиска морају бити исправни.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1–2 мм ризик од зачепљења, што није лако зашити.

Критичност услуге - У једном- процесу, где квар измењивача доводи до заустављања производње, можда неће бити прихватљиво да се не могу поправити блок јединице. Препоручују се редундантне јединице или неки други тип зграде.

Закључак:
Блок графитни измењивач топлоте је специјализовани дизајн високих перформанси који жртвује могућност поправке за екстремну компактност и мање путева цурења. Његова конструкција су избушени блокови наслагани и спојени да формирају монолитно језгро, обезбеђујући велику густину преноса топлоте и нема везе између цеви-на-лимова. Али напукли блок се не може поправити, већ се мора потпуно заменити. Стил зграде мора бити у складу са филозофијом одржавања и критичношћу услуге. Блок графит је елегантно решење које штеди простор за континуиране, чисте једнофазне активности са ниским топлотним ударом. За тешке услуге или услуге повезане са безбедношћу где је поправљивост важна, други материјали или графит за шкољке-и-могу бити прикладнији.