Il problema della doppia corrosione
Un impianto di trattamento chimico utilizza uno scambiatore di calore a piastre-e-a telaio che raffredda un flusso di acido misto caldo con l'acqua della torre di raffreddamento. Le piastre in acciaio inossidabile si corrodono sul lato acido. Il lato dell'acqua di raffreddamento si incrosta notevolmente. Lo scambiatore richiede una frequente sostituzione e pulizia delle piastre. I costi di manutenzione aumentano. Le interruzioni della produzione si moltiplicano.
La struttura valuta la possibilità di sostituire l'unità piastra-e-telaio con un design a guscio-e-tubo. La sfida è che entrambi i lati dello scambiatore trasportano fluidi aggressivi: il lato del tubo gestisce l'acido misto caldo, il lato del mantello gestisce l'acqua di raffreddamento che può trasportare cloruri e solidi disciolti. Uno scambiatore a fascio tubiero-e-metallico trasferisce semplicemente il problema della corrosione dalle piastre ai tubi e al guscio.
Uno scambiatore di calore a guscio-e-tubo completamente in PTFE elimina la corrosione su entrambi i lati contemporaneamente. I tubi, la piastra tubiera e il rivestimento del mantello sono chimicamente inerti rispetto a entrambi i flussi di processo. La transizione da piastra-e-telaio a guscio in PTFE-e-tubo richiede un'ingegneria sistematica per garantire prestazioni termiche entro i limiti di spazio e connessione disponibili.
La traduzione della performance
Gli scambiatori a piastre-e-a telaio raggiungono coefficienti di trasferimento di calore elevati attraverso piastre sottili e flusso turbolento a velocità relativamente basse. Il coefficiente di trasferimento termico complessivo per uno scambiatore a piastre in acciaio inossidabile nel servizio di acqua acida- è 2.000-4.000 W/m²·K.
Uno scambiatore a guscio e-tubo in PTFE funziona con un coefficiente complessivo inferiore-tipicamente 200-350 W/m²·K-a causa della resistenza della parete in fluoropolimero. Per ottenere lo stesso rendimento termico è necessaria una superficie maggiore. La conversione da piastra-e-telaio a guscio e tubo in PTFE-è un esercizio di espansione della superficie vincolato dallo spazio di installazione disponibile.
Il processo di progettazione inizia con il carico termico effettivo dello scambiatore esistente-non con i valori nominali riportati sulla targhetta, che possono includere fattori di sicurezza. I registri dei dati di processo delle temperature di ingresso e uscita e delle portate su entrambi i lati stabiliscono il reale servizio richiesto. Lo scambiatore in PTFE è dimensionato per questo compito utilizzando valori U- conservativi, tenendo conto della migliore resistenza allo sporco rispetto alle piastre metalliche sporche.
Tabella 1: Parametri di conversione da piastra-e-da telaio a guscio in PTFE-e-tubo
| Parametro di traduzione | Piastra-e-telaio (esistente) | Guscio in PTFE-e-tubo (sostituzione) |
|---|---|---|
| Valore U- complessivo (W/m²·K) | 2.500 (pulito), 1.200 (tipico sporcato) | 280 (stabile, senza-fouling) |
| Area richiesta per lo stesso compito | Linea di base (1,0×) | 4-5× (in base al rapporto del valore U) |
| Materiale del lato del tubo- | Acciaio inossidabile (corrosivo) | PTFE (inerte) |
| Materiale del lato-della scocca | Acciaio inossidabile (ridimensionamento) | PTFE-rivestito o PTFE solido (inerte) |
| Materiale della guarnizione | EPDM o Viton (attacco chimico) | PTFE (inerzia universale) |
| Frequenza di manutenzione | Pulizia/sostituzione piastre ogni 6-12 mesi | Ispezione visiva annuale |
| Vita utile | 2-5 anni (guasto della piastra) | 10+ anni |
| Impronta di installazione | Compatto | Più grande (compensato eliminando lo scambiatore di riserva) |
Strategia di assegnazione dello spazio
Lo scambiatore a guscio-e-tubo in PTFE richiede 4-5 volte la superficie dell'unità a piastra-e telaio pulita per lo stesso compito. In un impianto chimico congestionato, questa impronta aggiuntiva potrebbe non essere disponibile nella sede esistente.
Diverse strategie affrontano il vincolo di spazio. Lo scambiatore a fascio tubiero-e-può essere orientato verticalmente, utilizzando l'altezza anziché la superficie del pavimento. Più gusci più piccoli in parallelo raggiungono l'area richiesta rispettando l'ingombro disponibile. Lo scambiatore può essere spostato in una zona con più spazio e collegato tramite tubazioni.
L'eliminazione dello scambiatore di riserva-non necessario con la durata di servizio del PTFE di 10+ anni-libera notevole spazio sul pavimento. Le installazioni di piastre-e-telai in genere includono un'unità di riserva per una sostituzione rapida in caso di guasti alla piastra. L'affidabilità del PTFE elimina questo requisito.
Transizione di connessione
Lo scambiatore a piastre-e-telaio esistente presenta posizioni e dimensioni degli ugelli specifiche per i due flussi di fluido. Lo scambiatore a fascio tubiero-e-di sostituzione deve essere collegato alla tubazione esistente senza modifiche estese.
Il design dello scambiatore in PTFE specifica la posizione, le dimensioni e i valori nominali delle flange degli ugelli per adattarsi alle tubazioni esistenti. Se lo spostamento degli ugelli è inevitabile, le modifiche alle tubazioni vengono progettate come parte del progetto di transizione. Il peso più leggero dello scambiatore in PTFE rispetto a un equivalente metallico semplifica i requisiti di supporto e fondazione nelle posizioni dei nuovi ugelli.
Riepilogo
La transizione da uno scambiatore di calore a piastre-e-telaio a uno scambiatore di calore a tubo e involucro completamente in PTFE-e-risolve il problema della doppia corrosione quando entrambi i flussi di fluido sono aggressivi. La traslazione richiede 4-5 volte la superficie per compensare la minore conduttività termica, ottenuta tramite orientamento, gusci paralleli o riposizionamento.
L'eliminazione della manutenzione dovuta alla corrosione-, della sostituzione delle piastre e dello stoccaggio degli scambiatori di riserva consente di recuperare la riduzione di spazio e costi durante la durata di servizio prolungata. Sia il lato di processo che quello di servizio raggiungono l'inerzia chimica grazie alla resistenza alla corrosione universale del PTFE.
L'analisi ingegneristica per la conversione di piastre-e-telaio in guscio in PTFE-e-tubi è disponibile previa presentazione delle specifiche dello scambiatore esistente, delle composizioni dei fluidi di processo e di servizio, delle temperature e pressioni di esercizio, dei dati sul carico termico e dello spazio di installazione disponibile.
