Il problema del particolato
Le soluzioni di lisciviazione idrometallurgica, l'acqua di miniera e le acque reflue industriali trasportano solidi sospesi-sabbia, minerali fini, frammenti di incrostazioni e sali precipitati-che incidono sulle superfici degli scambiatori di calore. A velocità di flusso superiori a 0,5 m/s, queste particelle erodono le pareti del tubo. A velocità inferiori si depositano sulle superfici dei tubi, formando strati di fanghi isolanti. Entrambi i meccanismi riducono il trasferimento di calore e accorciano la durata delle apparecchiature.
I filtri esterni installati nelle tubazioni di processo proteggono lo scambiatore di calore ma aggiungono costi di capitale, richiedono una manutenzione separata e occupano spazio aggiuntivo. Un filtro integrato-nella sezione di ingresso dello scambiatore di calore in PTFE-fornisce la stessa protezione all'interno dell'ingombro dello scambiatore, eliminando i contenitori del filtro separati e le relative tubazioni.
Il filtro è una piastra perforata in PTFE o un pannello a rete montato sull'ingresso del fluido di processo nel fascio tubiero. Cattura le particelle al di sopra di una dimensione specificata prima che raggiungano i tubi. Il filtro è accessibile per la pulizia attraverso la stessa apertura del serbatoio utilizzata per la manutenzione dello scambiatore.
Il design del filtro integrato
Il pannello del filtro è realizzato in un foglio di PTFE, perforato con fori dimensionati per far passare le particelle più piccole della distanza minima tra tubi adiacenti. Per un fascio tubiero con spaziatura tra i tubi di 20 mm, il diametro del foro del filtro è in genere 10-12 mm, abbastanza grande da far passare il fluido senza un'eccessiva caduta di pressione, abbastanza piccolo da bloccare le particelle che potrebbero depositarsi tra i tubi.
Il filtro è montato sulla faccia a monte del telaio di supporto del fascio tubiero. Il fluido di processo che entra nel fascio deve passare attraverso il filtro prima di entrare in contatto con i tubi. Il filtro è fissato con dispositivi di fissaggio in PTFE o scorre nelle scanalature del telaio di supporto, consentendo la rimozione per la pulizia senza smontare il fascio tubiero.
Per le applicazioni con un carico di solidi molto elevato, viene utilizzato un filtro a doppio-stadio: un filtro esterno grossolano (fori da 15-20 mm) cattura i detriti di grandi dimensioni e un filtro interno più fine (fori da 8-10 mm) cattura le particelle intermedie. Il design a doppio stadio impedisce il rapido accecamento del filtro fine da parte di detriti di grandi dimensioni.
| Parametro di progettazione | Filtro- a stadio singolo | Filtro a doppio-stadio |
|---|---|---|
| Dimensioni del foro del filtro esterno | N/A | 15-20 mm |
| Dimensioni del foro del filtro interno | 10-12 mm | 8-10 mm |
| Rapporto dell'area aperta | 40-50% | 35-45% (combinato) |
| Caduta di pressione alla portata di progetto | 50-150 Pa | 80-200 Pa |
| Tubi che raggiungono la dimensione massima delle particelle | 10-12 mm | 8-10 mm |
| Frequenza di pulizia (solidi moderati) | Settimanale | Bi-settimanale |
| Carico solido adeguato | Fino a 5 g/l | 5-20 g/L |
La caduta di pressione e il ciclo di pulizia
La caduta di pressione del filtro aumenta man mano che i detriti si accumulano sulla faccia a monte. La caduta di pressione è monitorata da un manometro differenziale collegato ai rubinetti su entrambi i lati del pannello del filtro. Quando la caduta di pressione raggiunge una soglia impostata-tipicamente 2-3 volte il valore di pulizia, il filtro richiede pulizia.
La pulizia viene eseguita durante un intervallo di manutenzione programmata. Il livello del serbatoio è abbassato al di sotto del filtro, accessibile dalla parte superiore dello scambiatore. Il pannello del filtro viene sollevato, i detriti accumulati vengono raschiati o lavati via e il pannello viene reinstallato. L'operazione di pulizia dura 30-60 minuti e non richiede la rimozione del fascio tubiero.
Il pannello del filtro è chimicamente inerte-può essere pulito con gli stessi prodotti chimici aggressivi utilizzati per il fascio tubiero o semplicemente lavato a pressione-con acqua. Non c'è corrosione, nessun rivestimento che danneggi e nessun metallo che possa contaminare il processo.
Considerazioni sui materiali e sulla fabbricazione
Il pannello del filtro è realizzato con lo stesso grado di PTFE dei tubi dello scambiatore di calore, garantendo la stessa compatibilità chimica e prestazioni termiche. Il processo di perforazione-perforazione o punzonatura-crea fori puliti con bordi lisci che resistono all'adesione dei detriti. Lo spessore del pannello è di 6-10 mm e fornisce un'adeguata rigidità per coprire la faccia del fascio tubiero senza flessione eccessiva sotto il carico di pressione differenziale.
Per fasci di grandi dimensioni, il filtro è suddiviso in più pannelli, ciascuno singolarmente rimovibile. Ciò consente una pulizia parziale se solo una sezione è sporca e riduce il peso che ciascun pannello deve sostenere. I giunti dei pannelli sono sovrapposti o interbloccati per impedire il bypass dei detriti.
Riepilogo
Uno scambiatore di calore in PTFE con filtri integrati protegge le superfici dei tubi dall'impatto e dal blocco del particolato senza vasi di filtraggio esterni o tubazioni aggiuntive. I pannelli perforati in PTFE montati sulla faccia a monte del fascio tubiero catturano i detriti al di sopra di una soglia di dimensione specificata. Il monitoraggio della pressione differenziale segnala la necessità di pulizia.
Il design integrato consente di risparmiare spazio, semplifica la manutenzione e garantisce che sia il riscaldamento che la protezione dal particolato siano forniti da componenti in PTFE chimicamente inerti e di facile manutenzione.
Il supporto tecnico per le specifiche dello scambiatore di calore in PTFE con filtro integrato è disponibile previa presentazione della composizione del fluido di processo, del carico di solidi e della distribuzione delle dimensioni delle particelle, della portata e della geometria del serbatoio.
