ข้อดีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบเปลือก-และ-แบบท่อสำหรับการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อนคืออะไร

ตัวอย่างเช่น: ขั้นตอนทางเคมีจำเป็นต้องให้ความร้อนแก่ของไหลที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ความดันปานกลาง โรงงานแห่งนี้เคยใช้ตัวแลกเปลี่ยนเปลือกและท่อโลหะ แต่เกิดการกัดกร่อนภายในไม่กี่เดือน PTFE มีความทนทานต่อการกัดกร่อน แต่สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเปลือก-และ-ท่อที่แข็งแรงได้หรือไม่ "ข้อดีและข้อเสียในทางปฏิบัติของการกำหนดค่าแบบคลาสสิกสำหรับ PTFE คืออะไร"

นี่เป็นปัญหาที่แพร่หลายในอุตสาหกรรมแปรรูปสารเคมี โรงงานหลายแห่งใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโลหะทั่วไปสำหรับงานทำความร้อน ทำความเย็น การควบแน่น หรือการระเหย เครื่องแลกเปลี่ยนเหล่านี้มีความทนทานทางกลไกและเป็นที่รู้จักกันดีในหมู่วิศวกร แต่ของเหลวในกระบวนการที่รุนแรง เช่น กรดแก่ สารละลายออกซิไดซ์ หรือสารประกอบฮาโลเจนสามารถโจมตีส่วนประกอบที่เป็นโลหะได้อย่างรวดเร็ว แม้แต่โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนก็ยังอาจพังทลายลงได้หากถูกโจมตีด้วยสารเคมีในระยะยาว ในการตั้งค่าดังกล่าว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE จะให้ทางเลือกอื่นในการรวมความต้านทานต่อสารเคมีเข้ากับแนวคิดการออกแบบการถ่ายเทความร้อนที่เป็นที่ยอมรับ

การออกแบบเปลือก-และ-ท่อเป็นผลงานของอุตสาหกรรมเคมี และการปรับ PTFE ของการออกแบบนี้ทำให้สามารถใช้กรอบทางกลแบบเดียวกันในบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงได้ ตัวแลกเปลี่ยนเปลือกและท่อ PTFE คือชุดท่อ PTFE ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ๆ วางอยู่ในเปลือกทรงกระบอก ของไหลชนิดหนึ่งไหลผ่านท่อในขณะที่ของเหลวอีกชนิดหนึ่งไหลรอบด้านนอกของท่อในเปลือก ท่อ PTFE มีผนังบาง จึงสามารถถ่ายเทความร้อนจากของเหลวหนึ่งไปยังอีกของเหลวหนึ่งได้

ตัวท่อเองนั้นถูกสร้างขึ้นจากวัสดุฟลูออโรโพลีเมอร์ แต่เปลือกมักจะทำจากโลหะหรือพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใย- (FRP) การผสมผสานนี้ช่วยให้ของเหลวในกระบวนการมีการป้องกันสารเคมี และยังให้ความแข็งแรงของโครงสร้างอีกด้วย ท่อ PTFE ที่ยืดหยุ่นได้รับการรองรับโดยแผ่นท่อ ส่วนรองรับ และแผ่นกั้นภายใน ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างการทำงาน

ประโยชน์หลักประการหนึ่งของการรวมกลุ่มท่อ PTFE คือความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม PTFE มีความทนทานต่อสารเคมีต่อสารเคมีอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ เช่น กรดแก่ ด่าง ตัวออกซิไดเซอร์ และตัวทำละลายหลายชนิด คุณลักษณะนี้ช่วยให้เครื่องแลกเปลี่ยนเปลือก-และ-ท่อสามารถใช้กับกระแสที่อาจกัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิมหรือโลหะผสมอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นตัวแลกเปลี่ยน PTFE จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคส่วนเคมี เซมิคอนดักเตอร์ การตกแต่งโลหะ และเภสัชกรรม

ความต้านทานของ PTFE ต่อการเปรอะเปื้อนก็เนื่องมาจากคุณสมบัติไม่ติด{0}}ของ PTFE ของเหลวอุตสาหกรรมหลายชนิดมีอนุภาคหรือส่วนประกอบละลายซึ่งตกตะกอนบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อน คราบสะสมดังกล่าวอาจเกาะติดแน่นและทำให้เกิดชั้นฉนวน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนโลหะลดลง พลังงานพื้นผิวที่ต่ำของ PTFE ช่วยลดโอกาสที่ตะกรันและการสะสมตัวจะเกาะติดแน่นกับท่อให้เหลือน้อยที่สุด การเปรอะเปื้อนยังคงเกิดขึ้นได้ภายใต้การตั้งค่าเฉพาะ แม้ว่าคราบสกปรกจะถูกกำจัดออกได้ง่ายกว่าด้วยวิธีการทำความสะอาดด้วยสารเคมีก็ตาม

สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนคือความสามารถด้านแรงดัน ตัวแลกเปลี่ยน PTFE ชนิดเพลทมีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพ แม้ว่าโครงสร้างเพลทบางมักจะยอมให้มีแรงดันค่อนข้างต่ำเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ตัวแลกเปลี่ยน PTFE แบบเปลือกและแบบท่อสามารถสร้างขึ้นเพื่อให้ทำงานที่แรงดันใช้งานปานกลางได้ ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ความหนาของผนังและแรงกดดันของโครงสร้างรองรับในช่วงประมาณ 10 ถึง 15 บาร์นั้นเป็นไปได้

ความสามารถด้านแรงดันนี้ทำให้สามารถใช้ตัวแลกเปลี่ยนเปลือก-และ-ท่อของ PTFE ในระบบอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ซึ่งต้องรักษาแรงดันของไหลในกระบวนการ ตัวอย่างเช่น อาจใช้ในการให้ความร้อนแก่กระแสกรดในเครื่องปฏิกรณ์เคมี แช่เย็นสารละลายที่มีฤทธิ์รุนแรงก่อนการจัดเก็บ หรือการควบแน่นไอที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในระบบบำบัดไอเสีย ความเสถียรทางกลของเปลือกทำให้โครงสร้างแข็งแรง ในขณะที่ท่อ PTFE ป้องกันการโจมตีทางเคมี

ข้อดีอีกประการหนึ่งของการจัดเปลือก-และ-ท่อก็คือความสามารถในการปรับตัวได้ การออกแบบพื้นฐานเดียวกันสามารถทำหน้าที่ระบายความร้อนได้หลากหลาย สำหรับการทำความร้อน เปลือกมักจะใช้สำหรับการส่งไอน้ำหรือน้ำร้อนในขณะที่ของเหลวในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไหลผ่านท่อ PTFE ด้านเปลือกสามารถระบายความร้อนได้ด้วยน้ำคูลลิ่งทาวเวอร์หรือน้ำเย็น การใช้ตัวแลกเปลี่ยนเปลือก-และ-ท่อสำหรับการควบแน่นของไอหรือการระเหยของกระแสของเหลวสามารถทำได้โดยการปรับเปลี่ยนการออกแบบที่เพียงพอ

ควรเลือกขนาดท่ออย่างเหมาะสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด สำหรับปริมาตรของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่กำหนด การเพิ่มพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนโดยการลดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่งผลให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้น แต่ท่อขนาดเล็กยังเพิ่มความต้านทานต่อการผ่านของของไหลอีกด้วย แรงดันตกที่สูงกว่าอาจต้องใช้ปั๊มขนาดใหญ่ขึ้นหรือมีพลังงานมากขึ้นในการทำงาน ผู้ออกแบบจึงลดขนาดท่อด้วยการสูญเสียแรงดันที่อนุญาตในระบบกระบวนการ

ควรให้ความสนใจกับการเลือกวัสดุด้านเปลือกด้วย หากของเหลวด้านข้างของเปลือก-ไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน เปลือกเหล็กคาร์บอนมาตรฐานมักจะเป็นทางเลือกที่ราคาถูกที่สุด เงื่อนไขการบริการที่รุนแรงยิ่งขึ้นอาจต้องใช้ FRP หรือเปลือกหุ้มด้วยเหล็ก ความเข้ากันได้ของวัสดุเปลือกและของเหลวด้านข้างของเปลือก-เป็นสิ่งสำคัญสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานของชุดตัวแลกเปลี่ยนที่สมบูรณ์

ข้อจำกัดในทางปฏิบัติอีกประการหนึ่งของการออกแบบคือข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ PTFE มีความทนทานต่อสารเคมีที่ดีเยี่ยมในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกลของมันจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานได้ที่อุณหภูมิประมาณ 150-200 องศา ขึ้นอยู่กับรายละเอียดการผลิต การตรวจสอบว่าอุณหภูมิในการทำงานอยู่ภายในขีดจำกัดเหล่านี้จะช่วยให้มั่นใจถึงเสถียรภาพทางกลและความน่าเชื่อถือเมื่อเวลาผ่านไป

เทคนิคการบำรุงรักษายังแตกต่างจากหน่วยโลหะในกรณีของตัวแลกเปลี่ยน PTFE อยู่บ้าง วิธีการทำความสะอาดกลไก เช่น การแปรงลวดหรือการขูดด้วยแรงดันสูง อาจเป็นอันตรายต่อท่อฟลูออโรโพลีเมอร์ โดยทั่วไปจะใช้น้ำยาทำความสะอาดเคมีแทน คราบสกปรกสามารถกำจัดออกได้โดยใช้น้ำยาทำความสะอาดที่เหมาะสมที่หมุนเวียนผ่านท่อ โดยไม่มีความเสี่ยงต่ออันตรายทางกายภาพต่อพื้นผิวการถ่ายเทความร้อน

ประสบการณ์ได้พิสูจน์แล้วว่าการรองรับท่อที่ดีมีความสำคัญต่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน ท่อ PTFE มีความยืดหยุ่นมากกว่าโลหะ และการไหลของของไหลผ่านพื้นที่ที่ไม่ได้รับการสนับสนุนอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเมื่อเวลาผ่านไป แผ่นรองรับภายในและชุดท่อที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถันช่วยลดการเคลื่อนไหวที่มากเกินไป และลดโอกาสที่จะเกิดความล้าหรือการสึกหรอทางกล

เครื่องแลกเปลี่ยนเชลล์-และ-มีข้อได้เปรียบเหนือระบบแลกเปลี่ยน PTFE อื่นๆ โดยเฉพาะ สิ่งเหล่านี้เป็นพื้นฐานและสมบูรณ์แบบสำหรับถังทำความร้อนหรือทำความเย็น ไม่ได้มีไว้สำหรับบริการท่อส่งแรงดัน เครื่องแลกเปลี่ยน PTFE ชนิดเพลท-มีพื้นผิวถ่ายเทความร้อนขนาดกะทัดรัด แต่โดยทั่วไปจะทำงานที่แรงดันและอัตราการไหลต่ำกว่า ตัวแลกเปลี่ยนเปลือกและท่อค่อนข้างจะประนีประนอมเล็กน้อย โดยมีความสามารถในการรับแรงดันค่อนข้างสูง-แต่สามารถรองรับปริมาณของเหลวที่สูงขึ้นได้

การผสมผสานระหว่างความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทานทางกลทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบเปลือก-และ-ท่อมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับกระบวนการทางเคมีที่รุนแรง พวกเขารักษารูปแบบและโหมดการทำงานของอุปกรณ์เปลือก-และ-ท่อแบบเดิมไว้ แต่แทนที่พื้นผิวโลหะที่ไวต่อการสัมผัสด้วยท่อฟลูออโรโพลีเมอร์เฉื่อยทางเคมี

เครื่องแลกเปลี่ยนเหล่านี้มีความยืดหยุ่นในด้านประสิทธิภาพการระบายความร้อนในการตั้งค่าที่จะทำลายวัสดุทั่วไปอย่างรวดเร็วเมื่อสร้างอย่างเหมาะสมและจับคู่กับสภาวะของกระบวนการ ความน่าเชื่อถือนี้เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเลือกขนาดท่อ โครงสร้างเปลือก และสภาพการทำงานที่เหมาะสมเท่านั้น

ในทางปฏิบัติ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบเปลือกและแบบท่อผสมผสานโครงสร้างทางกลที่ได้รับการพิสูจน์แล้วอย่างดีของการออกแบบอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมเข้ากับความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่นของวัสดุฟลูออโรโพลีเมอร์ สำหรับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลายชนิดในกระบวนการทางเคมี การผสมผสานนี้ให้วิธีแก้ปัญหาในทางปฏิบัติและถาวรสำหรับงานทำความร้อนและทำความเย็น มิฉะนั้นอาจสร้างปัญหาสำคัญเกี่ยวกับวัสดุได้