เหตุใดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE จึงพัฒนาการรั่วไหลของบายพาส และจะแก้ไขได้อย่างไร

การรั่วไหลของบายพาสไม่ใช่การรั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก แต่เป็นของเหลวด้านข้าง-ตัด-เปลือก-สั้นภายในที่ไหลรอบๆ มัดท่อแทนที่จะไหลผ่าน บายพาสภายในนี้คือการสูญเสียพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนและประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนลดลงแต่ไม่สามารถมองเห็นได้จากภายนอก สิ่งสำคัญคือต้องทราบเส้นทางและสาเหตุของปัญหาการรั่วไหลของบายพาสเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE เพื่อวินิจฉัยการสูญเสียประสิทธิภาพและวางแผนการซ่อมแซมให้สำเร็จ บทความนี้จะกล่าวถึงช่องการรั่วไหลทั่วไป สาเหตุของการรั่วไหล และขั้นตอนการซ่อมแซมเพื่อคืนประสิทธิภาพการระบายความร้อน

การรั่วไหลของบายพาส: มันคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ?
ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อ ของเหลวด้านข้างของเปลือก-ควรจะไหลผ่านมัดท่อโดยกำกับโดยแผ่นกั้น การรั่วไหลของบายพาสเกิดขึ้นเมื่อของไหลบางส่วนไม่สัมผัสกับท่อ เพราะมันไหลไปตามเส้นทางต้านทานที่สั้นกว่าและต่ำกว่า ของไหลออกจากตัวแลกเปลี่ยนโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยหรือเป็นศูนย์ ซึ่งจะทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อนโดยรวมลดลง

การรั่วไหลของบายพาสเป็นอันตราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่ายูนิตโลหะอยู่แล้ว การไหลบายพาส 20% สามารถลดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิผลลง 25–35% เนื่องจากของไหลที่ถูกบายพาสไม่ได้มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อน ปัญหาเกิดขึ้นภายในและไม่สามารถพบได้โดยการตรวจสอบด้วยสายตาหรือการทดสอบแรงดันจากภายนอก มีเพียงการตรวจสอบประสิทธิภาพทางความร้อนหรือการตรวจสอบภายในเท่านั้น

เส้นทางการรั่วไหลของบายพาสเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE หลัก
ของเหลวด้านข้างของเปลือก-สามารถเลี่ยงมัดท่อได้สามวิธี

1. มัด-ถึง-ระยะห่างของเชลล์ (บายพาสวงแหวน)
มีช่องว่างระหว่างท่อด้านนอกสุดกับผนังด้านในของเปลือกเสมอ ช่องว่างวงแหวนนี้จำเป็นสำหรับการใส่และถอดมัดท่อ ช่องว่างนี้เต็มไปด้วยตัวแลกเปลี่ยนที่สร้างขึ้นอย่างดีพร้อมแถบปิดผนึก (บางครั้งเรียกว่าซีลบายพาส) หรือท่อจำลองที่จำกัดการไหล แถบปิดผนึกมักเป็นแท่งเหล็กแบนหรือแถบเติม PTFE- ที่ติดอยู่กับแผ่นกั้น โดยยื่นออกไปด้านนอกและสัมผัสกับผนังเปลือก

เมื่อแถบซีลหายไป สึกหรอหรือฉีกขาด ของเหลวที่ด้านข้างของเปลือกจะไหลผ่านช่องว่างวงแหวนได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องเข้าไปในมัดท่อ ซึ่งเป็นถนนบายพาสสายสำคัญ

2. กั้นช่องว่างระหว่างเปลือก
แผ่นกั้นไม่แน่นพอดีกับเปลือก มีระยะห่างเล็กน้อย (ปกติ 1–3 มม.) เพื่อให้สามารถประกอบและขยายความร้อนได้ ของไหลอาจไหลผ่านขอบของแผ่นกั้นแต่ละอัน โดยเฉพาะด้านบนและด้านล่างที่เกิดการตัดของแผ่นกั้น การรั่วไหลในตัวแลกเปลี่ยนใหม่นั้นเล็กน้อย (2-5% ของการไหลทั้งหมด) ไม่ว่าแผ่นกั้นเสียหาย บิดเบี้ยว สึกกร่อน หรือสึกกร่อนเพียงใด ระยะห่างจะเพิ่มขึ้น และการไหลของทางบายพาสจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ค้อนน้ำ (ค้อนไอน้ำ) สิ่งแปลกปลอมที่ขนส่งในของเหลวด้านข้างของเปลือก และการกัดกร่อนของส่วนประกอบแผ่นกั้นโลหะอาจทำให้เกิดความเสียหายกับแผ่นกั้นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE (ตัวท่อ PTFE เองไม่เป็นสนิม แต่แผ่นกั้นโลหะและแผ่นรองรับอาจ)

3. Tube ถึง Baffle Distance
แผ่นกั้นแต่ละอันมีรูที่ท่อ PTFE ไหลผ่าน เพื่อให้ท่อ PTFE มีความยืดหยุ่นสามารถเคลื่อนที่ได้ และป้องกันการยึดเกาะระหว่างการขยายตัวเนื่องจากความร้อน จำเป็นต้องมีช่องว่าง 0.2 ถึง 0.5 มม. รูเล็กๆ ที่เป็นวงแหวนเล็กๆ เหล่านี้อาจทำให้ของเหลวไหลออกมาได้ การรั่วไหลของท่อถึงแผ่นกั้นโดยทั่วไปมีส่วนช่วยเล็กน้อยในการหลีกเลี่ยงในการออกแบบส่วนใหญ่ (โดยปกติ<5% of total bypass) due of the pressure drop across each baffle forcing flow down the many tube holes. However, the cumulative effect can be significant in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.

เหตุผลของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนรั่วไหลของ PTFE Bypass
การตรวจภายในมักจะเผยให้เห็นเงื่อนไขต่อไปนี้อย่างน้อยหนึ่งข้อ:

การลอกสภาพอากาศที่ชำรุดหรือหายไป
แถบปิดผนึกจะถูกยึดเข้ากับแผ่นกั้นด้วยสกรู คลิป หรือการเชื่อม สกรูอาจหลวมเมื่อเวลาผ่านไป คลิปอาจเสียหาย หรือตัวแถบอาจสึกกร่อนหรือเสื่อมสภาพได้ ในบางสนาม-ชุดที่ได้รับการซ่อมแซม แถบซีลอาจไม่ได้ติดตั้งใหม่-หลังการ-ต่อท่อใหม่ มีการค้นพบอยู่เป็นประจำว่าแถบปิดผนึกปรากฏอยู่บนแผ่นกั้นเพียงไม่กี่แผ่นหรือขาดหายไปโดยสิ้นเชิง

แผ่นกั้นที่เสียหาย
แผ่นกั้นสามารถแตกหักได้โดย:

ค้อนไอน้ำ – คลื่นกระแทกซ้ำๆ อาจทำให้แผ่นกั้นโลหะโค้งงอหรือแตกใกล้กับช่องเปิดของท่อ

การกัดกร่อน - แผ่นกั้นเหล็กอาจทำให้บางลงและสูญเสียรูปร่างในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (แม้จะใช้ท่อ PTFE)

แรงกระแทกทางกล - แผ่นกั้นอาจโค้งงอได้ในระหว่างการใส่หรือถอดมัดมัด หากไม่ได้จัดตำแหน่งอย่างเหมาะสม

ไม่แนบสนิทกับเปลือกหอยอีกต่อไป แผ่นกั้นที่โค้งงอจะสร้างระยะห่างได้มาก แผ่นกั้นที่แตกหักอาจมีชิ้นส่วนขาดหายไปซึ่งจะทำให้สามารถไหลได้

การกวาดล้างเปลือกหอยขนาดใหญ่จากการออกแบบดั้งเดิม
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ราคาประหยัด-บางตัวถูกสร้างขึ้นโดยมีระยะห่างระหว่างเปลือก-ถึง-มากเกินไปเพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิต อาจมีช่องว่างตั้งแต่ 10 มม. ขึ้นไป แถบซีลหายไปหรือเล็กเกินไป ในสถานการณ์เหล่านี้ การรั่วไหลของบายพาสเป็นคุณลักษณะการออกแบบ และไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมดหากไม่มีการออกแบบใหม่ครั้งใหญ่

วิธีการวินิจฉัยการรั่วไหลของบายพาสโดยไม่ต้องเปิดตัวแลกเปลี่ยน
หากสงสัยว่าบายพาสรั่วไหล:

อัตราการถ่ายเทความร้อนซึ่งคำนวณจากอุณหภูมิทางเข้า/ออกและอัตราการไหล ต่ำกว่ารูปที่ออกแบบไว้มาก แม้ว่าท่อจะสะอาดและไม่มีการรั่วไหลภายนอกก็ตาม

แรงดันตกคร่อมด้านข้างเปลือกน้อยกว่าการอ่านในอดีตที่อัตราการไหลเดียวกัน แรงดันตกคร่อมน้อยลงหมายความว่าของไหลไหลผ่านช่องทางที่มีความต้านทานน้อย (บายพาส)

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของของเหลวด้านข้างของเปลือก- (ΔT) ไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ และอุณหภูมิเอาต์พุตด้านข้างของท่อ-ก็ผิดจากเป้าหมายเช่นเดียวกัน

ประการแรก สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะคำอธิบายอื่นเกี่ยวกับประสิทธิภาพที่ไม่ดี เช่น การเปรอะเปื้อน สารที่ควบแน่นไม่ได้{0}} หรืออัตราการไหลที่ต่ำกว่า หากสิ่งเหล่านั้นหายไปแสดงว่าบายพาสรั่ว

การดำเนินการแก้ไขบายพาสการรั่วไหล
การซ่อมแซมที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความรุนแรงและการเข้าถึงของมัดท่อ

1. เปลี่ยนแถบซีล (วิธีแก้ไขที่พบบ่อยที่สุด)
สำหรับตัวแลกเปลี่ยนที่มีมัดท่อแบบถอดได้ สามารถใส่หรือถอดแถบซีลได้ในระหว่างการปิดระบบตามแผน กระบวนการคือ:

ถอดฝาครอบเปลือกออกและดึงมัดท่อออก

มีการตรวจสอบแผ่นกั้น ทำความสะอาดเศษและการกัดกร่อนจากร่องของแถบซีลที่มีอยู่

แถบซีลใหม่ (ซึ่งมักจะเป็นผ้าเคลือบ PTFE แถบสปริงโลหะ หรือแท่ง PTFE แบบแข็ง) จะถูกตัดตามความยาวที่ต้องการและติดตั้งลงในช่องบนแผ่นกั้นแต่ละอัน แถบจะต้องยื่นออกมาสัมผัสกับผนังด้านในของเปลือกโดยให้พอดีเล็กน้อย (การบีบอัด 0.2–0.5 มม.)

แถบจะถูกยึดไว้ด้วยสกรูหรือโดยการขัดขอบของแผ่นกั้น (สำหรับแถบโลหะ) การออกแบบบางแบบจะยึดแถบไว้โดยแรงกดของเปลือกกับแผ่นกั้น

บันเดิลได้รับการติดตั้งใหม่และทดสอบตัวแลกเปลี่ยนแล้ว

โดยปกติการซ่อมแซมนี้จะฟื้นฟูประสิทธิภาพที่สูญเสียไป 90-100% หากแผ่นกั้นไม่ได้รับความเสียหาย

2. ซ่อมแซมหรือเปลี่ยนแผ่นกั้น
แถบซีลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถยึดแผ่นกั้นที่โค้งงอ ร้าว หรือสึกกร่อนได้ แผ่นกั้นที่เสียหายควรได้รับการแก้ไขหรือเปลี่ยนใหม่ สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แผ่นกั้นมักทำจากโลหะ (สแตนเลสหรือเหล็กกล้าคาร์บอน) ซึ่งสามารถ:

ยืดให้ตรง -- สามารถกดส่วนโค้งเล็กๆ ให้แบนได้โดยใช้เครื่องอัดไฮดรอลิก

รอยร้าว - รอยร้าวถูกเชื่อมขึ้นและพื้นเรียบ จะต้องระมัดระวังไม่ให้ทำให้แผ่นกั้นบิดเบี้ยว

เปลี่ยนแล้ว – แผ่นกั้นที่เสียหายอย่างรุนแรงถูกตัดออกจากมัด และแผ่นกั้นใหม่จะถูกร้อยเกลียวเข้ากับท่อ PTFE นี่เป็นการผ่าตัดที่ต้องใช้แรงงานมาก- ซึ่งมักดำเนินการระหว่างการต่อท่อใหม่ทั้งหมด

หลังจากซ่อมแซมแผ่นกั้นแล้ว จะมีการติดตั้งแถบซีลใหม่

3. เชลล์-การปรับการไหลด้านข้าง (การบรรเทาผลกระทบชั่วคราว)
สำหรับสถานการณ์ที่ไม่สามารถถอดแยกชิ้นส่วนได้ทันที การปรับเปลี่ยนการทำงานสามารถชดเชยการรั่วไหลของบายพาสได้บางส่วน การเพิ่มอัตราการไหลด้านข้างของเปลือก-จะเพิ่มความเร็วผ่านทั้งมัดท่อและช่องว่างบายพาส เนื่องจากแรงดันตกคร่อมจะเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว อัตราการไหลที่สูงขึ้นอาจปรับปรุงสัดส่วนของของไหลที่ไหลผ่านท่อได้จริง อย่างไรก็ตาม การดำเนินการนี้ไม่สามารถแก้ไขสาเหตุที่แท้จริงและเพิ่มพลังงานในการสูบน้ำได้ ถือเป็นมาตรการชั่วคราวเท่านั้น

4. การออกแบบใหม่สำหรับปัญหาการกวาดล้างระดับรุนแรง
ในเครื่องแลกเปลี่ยนที่มีช่องว่างของเปลือกขนาดใหญ่เกินไป (การออกแบบดั้งเดิมไม่ดี) อาจพยายามติดตั้งเพิ่มเติมด้วยแถบปิดผนึกที่หนาขึ้นหรือติดตั้งท่อจำลองในพื้นที่วงแหวน ท่อจำลองคือท่อ PTFE ที่มีความยาวสั้นซึ่งวางอยู่ในรูท่อด้านนอกสุด แต่ถูกผนึกไว้ที่ปลายของแผ่นท่อเพื่อไม่ให้ของเหลวไหลผ่าน พวกเขาครอบครองพื้นที่และบล็อกบายพาส วิธีการนี้จำเป็นต้องเจาะรูเพิ่มเติมในแผ่นกั้นและแผ่นท่อ และโดยปกติจะทำโดยร้านซ่อมเฉพาะทาง

คำอธิบายแผนภาพแบบตัดขวาง- (การแสดงข้อความ)
คำอธิบายต่อไปนี้แสดงเส้นทางบายพาสในเปลือก PTFE ทั่วไป-และ-ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อตามที่เห็นในส่วนตัดขวาง-:

วงกลมด้านนอกแสดงถึงผนังด้านในของเปลือกหอย

ภายใน วงกลมเล็กๆ เรียงกันเป็นวงกลมแสดงถึงท่อ PTFE

ช่องว่างระหว่างวงกลมของท่อด้านนอกสุดกับผนังด้านในของเปลือกคือระยะห่างของเปลือก-ถึง- (เส้นทางบายพาสรูปวงแหวน) ในเครื่องแลกเปลี่ยนที่ออกแบบอย่างดี- แถบปิดผนึก (ซึ่งแสดงเป็นรูปสี่เหลี่ยมเล็กๆ ติดกับแผ่นกั้น) จะยื่นออกมาในช่องว่างนี้ เกือบจะแตะผนังเปลือก

แผ่นกั้นจะแสดงเป็นเส้นแนวนอนพาดผ่านเปลือกด้านใน โดยมีช่องเจาะ (หน้าต่างแผ่นกั้น) ที่ด้านบนและด้านล่าง ของไหลที่ไหลรอบๆ ขอบแผ่นกั้น-ผ่านแผ่นกั้น-ถึง-ระยะห่างของเปลือก- จะแสดงเป็นลูกศรที่ผ่านระหว่างปลายแผ่นกั้นและผนังเปลือก

ลูกศรเล็กๆ ระหว่างท่อแต่ละท่อและแผ่นกั้นแสดงถึงท่อ-ถึง-แผ่นกั้นการรั่วไหล

แถบซีลปิดกั้นทางเบี่ยงวงแหวน เมื่อหายไป ลูกศรขนาดใหญ่แสดงว่าไม่มีสิ่งกีดขวางการไหลผ่านช่องว่างวงแหวน

การป้องกันการรั่วไหลของบายพาส
การป้องกันการรั่วไหลของบายพาสทำได้ดีที่สุดในระหว่างการออกแบบและการประกอบครั้งแรก:

ระบุโครงสร้าง TEMA คลาส R หรือ B – มาตรฐานเหล่านี้กำหนดระยะห่างสูงสุดและต้องใช้แถบปิดผนึกสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือกที่สูงกว่าขนาดที่กำหนด

ใช้แถบปิดผนึกสองชั้น – แถบปิดผนึกสองแถวต่อแผ่นกั้นจะช่วยเพิ่มความซ้ำซ้อน

ตรวจสอบแถบซีลระหว่างการต่อท่อใหม่ – แถบที่ขาดหายไปหรือเสียหายจะถูกเปลี่ยนก่อนประกอบกลับเข้าไปใหม่

หลีกเลี่ยงค้อนน้ำ - ตามที่กล่าวไว้ในคำแนะนำที่เกี่ยวข้อง ค้อนไอน้ำสร้างความเสียหายให้กับแผ่นกั้นและคลายการยึดแถบซีลออก

การตรวจสอบภายในเป็นระยะ (ทุกๆ 3-5 ปี) ควรรวมถึงการตรวจสอบความแน่นของแถบซีลและสภาพของแผ่นกั้น หากสงสัยว่ามีการรั่วไหลของบายพาสก่อนหน้านี้ คุณสามารถเปรียบเทียบการทดสอบแรงดันตกที่อัตราการไหลที่ทราบได้กับข้อมูลพื้นฐาน

บทสรุป
การรั่วไหลของบายพาสเป็นปัญหาด้านการออกแบบและการบำรุงรักษาที่ทำให้ประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ลดลงอย่างเงียบๆ เส้นทางหลักคือระยะห่างของเปลือก-ถึง- (บายพาสวงแหวน) และแผ่นกั้น-ถึง-ระยะห่างของเปลือก แถบซีลที่หายไปหรือสึกหรอและแผ่นกั้นที่เสียหายเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุด การตรวจสอบภายในมักพบปัญหาเหล่านี้ การดำเนินการแก้ไขได้แก่ การเปลี่ยนแถบซีล การซ่อมแซมหรือการเปลี่ยนแผ่นกั้นที่เสียหาย และการเพิ่มการไหลด้านข้างของเปลือก-เป็นมาตรการชั่วคราว สำหรับปัญหาระยะห่างที่รุนแรง อาจจำเป็นต้องมีท่อจำลองหรือการออกแบบใหม่ ปัญหาตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่รั่วไหลแบบบายพาสสามารถลดการถ่ายเทความร้อนได้ 10–30% แต่กรณีส่วนใหญ่สามารถแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์ในระหว่างที่ไฟฟ้าดับตามแผนที่วางไว้ การผลิตที่เหมาะสมด้วยแถบปิดผนึกที่เพียงพอและการตรวจสอบภายในเป็นระยะจะรักษาประสิทธิภาพเชิงความร้อนและยืดอายุการใช้งาน