Који су уобичајени начини квара непропусних графитних измењивача топлоте у хемијској служби?

Постоји низ различитих механизама који су често основни узрок кварова графитног измењивача топлоте. Оператери разумеју да то продужавају радни век и избегавају непланирана искључења. Графит, непропусни графит, је јака супстанца за корозивну употребу, али није имун на оштећења. Непропусни графит је често графит импрегниран ПТФЕ-ом, фенолном смолом или угљеником. Најчешћи начини квара графитних измењивача топлоте су деградација смоле, пуцање термичким ударом и ерозија. Свака врста има различите симптоме, узроке и превенцију.

Деградација смоле: тихи губитак непропусности
Смола за импрегнацију испуњава рупе на порозној графитној подлози и обезбеђује{0}}непропусност непропусног графита. Смола (често фенолна, понекад ПТФЕ или фуран) мора да задржи свој структурни интегритет и приањање на графит током свог радног века. Пропадање смоле се дешава када радне околности превазиђу термичке или хемијске границе смоле.

Деградација топлоте
Фенолна смола почиње да се разлаже на температурама изнад око 200Ц (у зависности од тачне формулације). Процес деградације ствара испарљиве нуспроизводе и узрокује скупљање, угљенисање или омекшавање смоле. Када се лепак повуче из мреже пора, графит поново постаје порозан, дозвољавајући апсорпцију корозивних течности. Ово подразумева у измењивачу шкољки{4}}и-или блокова:

Унакрсна контаминација на страни љуске и цеви.

Цурење на заптивним спојевима због губитка смоле која уништава заптивку.

Споро смањење ефикасности преноса топлоте загађивањем или таложењем деградираних производа смоле.

Цхемицал Варфаре
Неке супстанце оштећују импрегнациону смолу, чак и док сама графитна подлога није погођена. Фенолна смола се брзо хидролизује јаким каустичним растворима (натријум хидроксид, калијум хидроксид) на повишеним температурама. Смола се такође разлаже или раствара помоћу концентроване азотне киселине, сумпорне киселине изнад одређених температура и органских растварача (ацетон, метил етил кетон). Листе хемијске компатибилности обично рангирају графит по комбинацији графитне подлоге и смоле. Квар може бити изазван прекорачењем максималног рејтинга било које компоненте.

Знаци пропадања смоле укључују:

Видљиво плакање или цурење из делова графитног блока који нису-заптивни.

Повећајте пад притиска без прљања (узрокованог променама унутрашње порозности).

Промена боје или омекшавање изложене смоле на крајевима цеви или прирубницама

Превенција: Увек држите испод горње температуре и хемијских ограничења за ту врсту смоле које је одредио произвођач. Наведите ПТФЕ-импрегнирани графит или угљеник-импрегнирани (без смоле-) разреде тамо где је применљиво за употребу са каустичном или оксидационом киселином.

Пукотине услед термичког удара: брзе промене температуре
Графит има релативно ниску отпорност на топлотни удар у поређењу са металима. Када се деси велика и нагла промена температуре, као што је увођење хладног флуида у врућ измењивач, спољашње или унутрашње површине графитног материјала се шире или скупљају другачије. Материјал има ниску затезну чврстоћу, мању од развијеног топлотног стреса, што доводи до пролиферације пукотина.

Типични случајеви топлотног удара
Брзо покретање{0}}: Хладна вода или киселина циркулишу кроз блок измењивач који је управо испражњен, али је још увек врућ од рада.

Налет паре или врућег кондензата: Брзи удар паре високе температуре у хладан измењивач.

Поремећај процеса: Губитак протока за хлађење, са још увек укљученим грејним медијумом, праћено хитним поновним увођењем хладног флуида.

Чишћење убрзо након испуштања вруће процесне течности хладном водом.

Пукотине услед термичког удара се углавном налазе преко рупа цеви или дуж линија раздвајања блокова. Пукотине се могу развити на спојевима цеви-са-лимовима или дуж зидова цеви у измењивачима омотача-и-. Пукотине омогућавају директне обилазне путеве између страна шкољке и цеви, или између суседних рупа цеви.

Симптоми:

Нагли пораст цурења сервисних течности.

Тест притиска показује брз губитак притиска.

Видљиве пукотине током прегледа (препоручују се тестови пенетрације боје).

Превенција:

Користите одговарајуће стопе промене температуре (обично мање од или једнаке 5-10 степени/минути, у зависности од типа измењивача).

НИКАДА немојте додавати хладну течност у измјењивач вруће дренирања. Одржавајте измењивач навлажен топлом течношћу током хлађења.

• Користите блокаде температуре или секвенцијални рад контролног вентила за покретање{0}}и гашење.

Режим квара Симптоми Могући узроци
Resin degradation Leaking through block walls; resin softened at tube ends; rise in pressure decrease without foulingTemperature >200 степени, јаки каустици, азотна киселина или органски растварачи, продужени рад ван хемијских ограничења
Damage from thermal shockSudden cross-leakage between services Cracks apparent with dye penetrant Failure coincident with rapid temperature shiftCold fluid entering hot exchanger; fast heating/cooling (>5-10 степени/мин); дренирани измењивач са температурним колебањем
Erosion Tube thinning, particularly at tube inlets, baffle edges, or elbows; particle solids in process fluid; localised perforationHigh velocity fluid (>2-3 м/с предложена граница) Суспендоване кристалне чврсте материје, финоће катализатора или каменац Турбулентне зоне у близини преграда
Ерозија: механичко хабање услед брзине течности и чврстих материја
Графит је прилично мекана, крхка супстанца. Отпоран је на већину хемијских напада, али његова површина је подложна ерозији течностима велике брзине, посебно када токови носе суспендоване честице. Ерозија стално елиминише графитни материјал, стањивање зидова цеви, преграде или блокиране канале до тачке перфорације или квара структуре.

Висока{0}}ерозија
Чак и чисте течности при превисоким линеарним брзинама могу временом изазвати ерозију графита. Максимална препоручена брзина за графитне цеви је типично 2-3 м/сец (у зависности од конкретног дизајна измењивача и произвођача). Изнад овог опсега силе смицања течности полако троше унутрашњи пречник цеви. Најагресивнија ерозија је на улазима у цеви (где се развијају профили брзине) иу регионима непосредно низводно од преграда (где је турбуленција јака).

Ерозија честицама
Нарочито су проблематичне услуге густог раствора, као што је фосфорна киселина са гипсом или силицијумом, или киселина за кисељење са честицама гвожђа. Суспендоване чврсте материје су абразивне и повећавају брзину уклањања материјала. Брзина ерозије расте отприлике као квадрат брзине и линеарно са концентрацијом чврсте супстанце и тврдоћом честица. У тешким случајевима, зидови цеви могу бити пробушени за неколико месеци.

Знакови:-

Повећане стопе цурења без термичког удара или лома смоле.

У близини улаза, чини се да су површине цеви танке полиране.

Ултразвучно испитивање за променљиву дебљину зида.

Перфорације које изгледају као чисте еродирајуће рупе (не назубљене пукотине).

Превенција:

Дизајн за течности са брзином мањом од 2 м/с (и мање ако су присутне чврсте материје).

• Инсталирајте разделнике улазног протока или чауре против-ерозије на улазу цеви.

Повећајте цеви или додајте више цеви паралелно. То ће смањити брзину по цеви.

Филтрирање или таложење грубих материјала узводно.

Синергијски ефекти ерозије-Корозије
У неким службама ерозија и корозија раде заједно. Течност је благо корозивна за везиво од графитне смоле. Заштићени површински слој се континуирано уклања ерозијом откривајући свеж материјал. Такав механизам -корозије ерозије може довести до квара брзином која знатно премашује збир појединачних стопа. На пример, хлороводонична киселина са пренесеним честицама оксида гвожђа или сумпорна киселина са ситним угљеником.

Препоруке за инспекцију и надзор
У редовну инспекцију треба укључити следеће да би се открили начини квара пре катастрофалног цурења:

Визуелни преглед крајева цеви, површина заптивки и спољашњих страна блокова током рутинског одржавања.

Испитивање пенетрације графитне површине за показивање пукотина (оштећења од топлотног удара).

Ултразвучно мерење дебљине важних региона склоних ерозији (улази цеви и преграде).

Испитивање опадања притиска на бочним странама шкољке и цеви на пропусност или недостатке у зиду.

Праћење процеса за неочекиване промене излазне температуре или пад притиска.

Закључак
Уобичајени начини квара графитног измењивача топлоте укључују пропадање смоле, пуцање топлотног удара и ерозију. Ово се може избећи ригорозним поштовањем оперативних ограничења и нежним процедурама за{1}}укључивање/искључивање{2}}. Графит је моћан материјал за употребу корозивних киселина, али захтева дисциплинован рад да би се постигао максимални радни век (обично 10-20 година или више). Оператери треба да посматрају ограничења температуре и брзине, да спрече брзе термичке прелазе и да пазе на индикаторе ерозије честица. Када дође до квара, комплетна студија узрока, укључујући испитивање стања смоле, процену обрасца лома и мапирање дебљине зида, омогућава предузимање корективних корака. Када правилно раде, непропусни графитни размењивачи топлоте настављају да пружају поуздану и економичну услугу у најтежим хемијским процесима.