A grafit egy kerámiaszerű-anyag,-erős a tömörítés, de törékeny. Egy éles ütés, hirtelen nyomáslökés vagy folyamatos vibráció megrepedhet a grafitcserélőben, ami olyan katasztrofális meghibásodáshoz vezethet, ahogyan a rugalmas PTFE csövek soha nem tennék. Míg a grafit kiemelkedő korrózióállóságot és hővezető képességet kínál, mechanikai törékenysége szigorú korlátokat szab a biztonságos beépítésnek. Megértése amechanikai lökés grafit hőcserélő korlátozásakritikus fontosságú az olyan berendezések kiválasztásához, amelyek megbízhatóak maradnak a tervezett élettartam alatt.
A grafit ridegsége: nincs hajlékonyság, nincs figyelmeztetés
A grafitnak gyakorlatilag nincs hajlékonysága vagy folyási viselkedése a repedés előtt. Ellentétben a fémekkel, amelyek feszültség hatására plasztikusan megnyúlnak és deformálódnak, vagy a PTFE-vel, amely jelentősen megnyúlhat anélkül, hogy eltörne, a grafit rideg szilárd anyagként viselkedik. Nem hajlik vagy nyúlik; elpattan. Az át nem eresztő grafit szakítószilárdsága jellemzően 10-20 MPa között van, ami hasonló a PTFE-éhez. Azonban a PTFE képlékeny hozamának és energiaelnyelő képességének köszönhetően sokkal ütésállóbb-. Ezzel szemben a grafit a rugalmas energiát tárolja a kritikus feszültség eléréséig, majd hirtelen törik, előzetes deformáció nélkül.
Ez a ridegség azt jelenti, hogy a grafit hőcserélők nem tolerálják a hirtelen mechanikai terhelést, az éles ütéseket vagy az ismétlődő feszültségciklusokat. Még egyetlen túlnyomás vagy mérsékelt vibráció is okozhat repedéseket, amelyek tömbökön, csöveken vagy csőlapokon keresztül terjednek.
A grafitcserélők speciális mechanikai veszélyei
Water Hammer: The Hidden Pressure Wave
Hirtelen szelepzárás, szivattyúindítás vagy gyors áramlási leállás nyomáshullámot generál, amely hangsebességgel halad át a csövön. Ez a vízkalapács impulzus a rendszer tervezett nyomásánál többszörösét is elérheti. Grafitos hőcserélő esetén egy ilyen impulzus azonnal feltörheti a blokkokat vagy csöveket. A grafit kerámiaszerű természete azt jelenti, hogy nem tudja elnyelni a rugalmas deformáció következtében fellépő nyomáslökés energiáját; ehelyett a nyomáshullám gyenge pontot talál -gyakran a fúvókák csatlakozásainál vagy a blokk sarkainál-, és törést okoz.
Minden olyan rendszerben, ahol vízkalapács is lehetséges, a grafit-nagy kockázatú választás. A kondenzáló gőzvezetékek, a hosszú csővezetékek gyorsan-záró szelepekkel és a nem megfelelő méretű szivattyú nyomóvezetékei a vízkalapács gyakori forrásai. Már egyetlen súlyos esemény is tönkreteheti a grafitcserélőt belülről látható külső sérülések nélkül.
A forgó berendezés okozta vibrációs fáradtság
A szivattyúk, kompresszorok, keverők és a közelben forgó gépek folyamatos vibrációt továbbítanak a csövön és a hőcserélőn keresztül. Idővel ez a mechanikai oszcilláció kifáraszthatja a grafit alkatrészeket, különösen a csatlakozásoknál, a cső--cső--csatlakozásoknál, vagy ahol a merev csöveket közvetlenül a hőcserélő fúvókáihoz csavarozzák. A vibrációnak nem kell hevesnek lennie; Az alacsony-amplitúdójú, nagy{5}}frekvenciás oszcillációk mikro-repedéseket okozhatnak, amelyek lassan terjednek egészen a teljes törésig.
A grafitcserélők mechanikusan "csendes" környezetet igényelnek. A dugattyús szivattyúval azonos csúszótalpba vagy közvetlenül egy kiegyensúlyozatlan ventilátor mellé történő beszerelés idő előtti meghibásodáshoz vezet. Egyes esetekben a hőcserélő járatain áthaladó turbulens folyadék által kiváltott áramlás{2}}rezgés is gerjesztheti a grafitcsövek vagy -tömbök természetes frekvenciáját.
Kezelési és karbantartási károk
A ridegség a telepítést és a szervizelést is befolyásolja. A grafitfúvókának ütköző leejtett szerszám, egy nehéz csőkarima, amely rosszul illeszkedik, vagy akár a burkolat csavarjainak túlhúzása is repedést okozhat. Ellentétben a fémcserélőkkel, amelyek ellenállnak a durva kezelésnek az összeszerelés során, a grafit egységeket óvatosan kell kezelni. Egy másik gyakori probléma a szállítási sérülés: a kirakodás során leejtett raklap megrepedhet egy grafittömböt, mielőtt az üzembe kerülne.
Mérséklő intézkedések grafitcserélők számára
Ahol grafit hőcserélőket kell használni potenciális mechanikai ütésnek vagy vibrációnak kitett környezetben, számos tervezési és telepítési gyakorlat csökkentheti a kockázatot:
| Veszély | Mérséklő intézkedés |
|---|---|
| Víz kalapács | Szereljen be lassan{0}}záródó szelepeket, túlfeszültség-csillapítókat vagy akkumulátorokat. Kerülje el a hőcserélőbe jutó folyadékáram mágnesszelepeinek gyors-zárását. A csövek kialakítása a hirtelen áramlási változások minimalizálása érdekében. |
| Csővezeték vibráció | Használjon rugalmas csatlakozókat (fonott fémtömlők vagy tágulási kötések) a merev csövek és a hőcserélő fúvókák között. Függetlenül támassza alá a csöveket a hőcserélő közelében, hogy elkerülje a terhelés átadását. |
| A szivattyú vagy a kompresszor vibrációja | Szigetelje le a hőcserélőt a rezgéscsillapító{0}}tartókra. A hőcserélőt legalább 2-3 méteres rugalmas csővezetékkel válassza le a vibráló gépektől. |
| Hatáskezelés | Gondoskodjon védőburkolatokról vagy ketrecekről a sérülékeny fúvókák körül. Az emelőfüleket közvetlenül a hőcserélő köpenyén adja meg. Tanítsa meg a karbantartó személyzetet a megfelelő kezelési eljárásokról. |
| Hősokk | A fűtési és hűtési sebesség szabályozása (általában<5–10°C per minute). Avoid sudden introduction of cold fluid into a hot exchanger. |
Még ezekkel az intézkedésekkel sem lehet teljes mértékben kiküszöbölni a mechanikai sokk okozta kockázatot. Azoknál az alkalmazásoknál, ahol a vízkalapács vagy a nagy vibráció nem akadályozható meg megbízhatóan, meg kell fontolni az alternatív anyagokat, például a PTFE csőkötegeket vagy a szilícium-karbid hőcserélőket.
Mikor alkalmas a grafit{0}}és mikor nem
A grafit hőcserélők jól teljesítenek mechanikailag stabil, alacsony vibrációjú{0}}berendezésekben, ahol a folyadékáramlás folyamatos, nincsenek nyomáslökések, és a kezelők óvatosak. Tipikus alkalmas alkalmazások a következők:
Állandó{0}}állapotú folyékony fűtés vagy hűtés vegyi reaktorokban
Tiszta gőzök lecsapódása gravitációs lefolyó alatt
Reboiler szerviz szabályozott hőbevitellel
A nem megfelelő alkalmazások a következők:
Gőzkalapács{0}}kondenzációs rendszerek
Telepítések közvetlenül a dugattyús szivattyúk után
Mozgásnak és ütésnek kitett mobil vagy tengeri berendezések
Minden olyan szolgáltatás, ahol a csőrendszer nem tartalmaz rugalmas csatlakozókat vagy megfelelő támasztékokat
Összehasonlítás a PTFE-vel: Mechanikai szívósság vs. kémiai ellenállás
A PTFE kontrasztja tanulságos. A PTFE csőkötegek nyomáslökések hatására meghajlanak, sérülés nélkül elnyelve a mechanikai ütéseket. A PTFE ellenáll az ismétlődő vibrációnak és még a mérsékelt kezelési visszaéléseknek is. A PTFE azonban nem rendelkezik a grafit magas hővezető képességével, és nem képes ugyanolyan magas hőmérsékleten működni. A grafit és a PTFE közötti választás gyakran kompromisszummá-redukálódik: a kémiai-hőteljesítmény (grafit) szemben a mechanikai robusztussággal (PTFE).
Következtetés
A grafit eredendő ridegsége mechanikailag stabil, alacsony vibrációjú{0}}berendezésekre korlátozza a használatát, míg a PTFE sokkal elnézőbb. A vízkalapács, a tartós vibráció és az ütközési sérülések valódi veszélyt jelentenek a grafit hőcserélő épségére nézve. A repedt blokk vagy cső nem javítható; az egységet általában ki kell cserélni. Ezért az anyagválasztásban a mechanikai környezet ugyanolyan fontos, mint a kémiai környezet. A grafit hőcserélő meghatározása előtt alaposan fel kell mérni a csővezeték dinamikáját, a szelepek működési sebességét, a közelben lévő forgó berendezéseket és a kezelési gyakorlatot. Ha a mechanikai ütést nem lehet kiküszöbölni, a katasztrofális meghibásodás és a nem tervezett leállás elkerülése érdekében más korrózióálló anyagokat-vagy más hőcserélő kialakítást- kell fontolóra venni.
