Hvordan adskiller bajonet-PTFE-varmevekslere sig fra konventionelle design med faste rørplader?

De fleste skal- og rørvekslere har rør fastgjort i begge ender. En bajonetveksler vender denne på hovedet: rør er kun fastgjort i den ene ende, den anden ende kan frit glide i en forseglet ydre kappe. Dette enkle design overvinder to langvarige-problemer, varmestress og vedligeholdelsesadgang. Bajonetarrangementet er et fristende alternativ til krævende overfladebehandling og kemiske procesapplikationer, der involverer PTFE-varmevekslere, hvor materialets høje termiske udvidelseskoefficient (CTE) gør faste rørpladeløsninger besværlige.

Bajonetkonstruktionen (forklaret)
Navnet på en bajonet-type PTFE-varmeveksler stammer fra udseendet af en bajonet--pære eller rørkobling, hvor den ene del er indsat i en anden og fastgjort i et enkelt punkt. Bajonetrøret består af to koncentriske rør, det indre rør og det ydre rør, forseglet i den fjerne ende i varmevekslerterminologi. Enheden er placeret i en skal (eller lige ind i en tank) og er kun fastgjort ved indløbs-/udløbsenden -typisk ved en rørplade eller en flange. Den anden ende af stangen kan frit udvides og trække sig termisk sammen.

Med en bajonetkonfiguration er væskeruten normalt struktureret som:

Servicevæsken (damp, varmt vand eller kølevæske) tilføres gennem det indvendige rør og strømmer til den forseglede ende.

Væsken drejes rundt i den forseglede ende og strømmer tilbage i det ringformede område mellem inder- og yderrør.

Varmen leveres til procesvæsken på skalsiden (eller tanksiden) gennem den ydre rørvæg.

Væsken går derefter gennem det ringformede rum, ud i samme ende, som den kom ind.

"Ind-and-out" flow-kanalen angiver, at både indsugnings- og udstrømningsforbindelserne er i samme ende af veksleren. Den frie ende af bajonetrøret er fri undtagen ved tætningen og kan frit bevæges aksialt.

Store forskelle med traditionelle faste rørpladedesigns
I en traditionel fast rørplade PTFE varmeveksler er rørene fastgjort i begge ender, med en rørplade i indløbsenden og den anden i udgangsenden. Rørbundtet er en integreret del af skallen, og skal-sidedyserne er svejset til skallen. Den mekaniske opførsel og den nemme vedligeholdelse er helt anderledes.

Indkvartering med termisk belastning
Derudover er udvidelsen af ​​PTFE 10 til 20 gange større end stålets (120 til 150 × 10-6 / grad mod 11 × 10-6 / grad). I et fast rørpladedesign udvider et PTFE-rør på 2 m længde opvarmet fra 20 grader til 100 grader sig omkring 12-15 mm. Begge ender er fikserede, så denne udvidelse frembringer trykkræfter, der kan spænde PTFE-røret eller beskadige rørpladesamlingerne. For at undgå dette skal en fast rørplade PTFE-veksler enten:

Flydende hoved (der gør det muligt for en rørplade at bevæge sig), eller

En ekspansionsfuge i skallen; alternativt,

Meget korte rørlængder (begrænser vekslerens kapacitet)

Hver af disse muligheder tilføjer omkostninger, kompleksitet og mulige lækagesteder.

På den anden side er en bajonet PTFE varmeveksler i sig selv tolerant over for termisk ekspansion. Den frie ende af bajonetrøret glider aksialt i skallen eller den ydre kappe, når PTFE udvider sig og trækker sig sammen. Behovet for en ekspansionsfuge, flydende hoved eller unik materialematchning er elimineret. Bajonetformen er især attraktiv til anvendelser, der involverer store temperaturudsving eller hyppige termiske cykler.

Adgang til vedligeholdelse og fjernelse af bundter
Bajonetdesignet har en stor mekanisk fordel ved, at hele rørbundtet kan fjernes fra veksleren uden at forstyrre skal-sidens rørføring. Bundtet sættes ind i skallen i den ene ende og holdes på plads af en enkelt flange eller rørplade. Sådan fjernes bundtet til rengøring, inspektion eller udskiftning:

Indløbs-/udløbsrøret til rørsiden er frakoblet.

Fjern bundtets flangebolte.

Bundtet trækkes ud af skallen i aksial retning.

Skallen er på plads, og al skal-siderør (inklusive dyser, pakninger og konnektorer) er intakte.

I et fast rørpladedesign er fjernelsen af ​​rørbundtet meget mere kompliceret. De to ender af skallen skal åbnes, og det kan være nødvendigt at frakoble dyserne på skalsiden eller fjerne hele veksleren fra ledningen. Dette kan være et stort projekt for store vekslere på travle processteder.

For tjenester, hvor regelmæssig rengøring er nødvendig (f.eks. tilsmudsning af-tilbøjelige overfladebehandlingsbade), er den lette fjernelse af bundter i en bajonetveksler en afgørende fordel. Et bajonetbundt tager kun timer at blive trukket tilbage, renset og sat tilbage i; et fast rørarkbundt kan betyde en hel dag eller mere med nedetid.

Termiske problemer med ydeevne
Bajonetdesignet har en afvejning af termisk ydeevne-. Den ringformede strømningsvej (væske, der strømmer i det indre rør og tilbage gennem ringen) giver en dobbelt-røreffekt. Der er to grunde til, at den samlede varmeoverførselskoefficient er noget lavere end et sammenligneligt modstrøms fast rørpladedesign:

Reduceret effektiv temperaturforskel - Strømningsmønsteret er ikke ren modstrøm, men en blanding af modstrøm og parallelstrøm, som reducerer log-middeltemperaturforskellen (LMTD).

Lavere hastighed på ringsiden - For den samme samlede strømningshastighed kan det ringformede mellemrum have lavere hastighed end et enkelt rør, og dette påvirker filmkoefficienten.

Denne reduktion er dog ofte lille (10-20%) og modvirkes ofte af muligheden for at bruge længere rør (da termisk ekspansion ikke er en begrænsende faktor) og for at arbejde ved større hastigheder på skalsiden. I mange overfladebehandlingsapplikationer opvejer servicefordelene i høj grad den lille effektivitetsulempe.

Materialer & Konstruktion
Bajonetvekslere er populære til grafit- og PTFE-konstruktioner, da de er skøre eller kryber under stress, og disse materialer har en betydelig termisk ekspansion. Bajonetdesignet arbejder med materialets kvaliteter, ikke imod dem.

I PTFE-bajonetvekslere er de indre og ydre rør normalt fremstillet af PTFE eller PFA (perfluoralkoxy). Den forseglede ende er lavet ved at svejse eller varmesmelte de to rør sammen. Den frie ende er åben, og det indvendige rør passerer gennem en rørplade eller ferrul. Det ydre rør er forseglet mod rørpladen med en PTFE-pakning eller O--ring, som tillader aksial glidning og forhindrer lækage.

Det skal bemærkes, at den frie ende af bajonetrøret skal holdes for at undgå vibrationer. I lange bajonetrør (f.eks. . 3-5 m) bruges mellemliggende støtteringe eller ledeplader inde i skallen til at styre det ydre rør uden at hæmme aksial bevægelse. Uden denne støtte kan strømningsinducerede-vibrationer forårsage slitage og for tidlig svigt.

Sammenligningstabel: Bajonet vs fast rørark PTFE udveksler Funktion Bajonet stil PTFE udveksler Fast rørark PTFE udveksler rørfiksering Den ene ende fast, anden ende fri til at bevæge Begge ender fastgjort til rørplader
Termisk ekspansion Indkvartering iboende – frie endeglas; ingen ekspansionsled nødvendig Kræver flydende hoved, ekspansionsled eller ekstremt korte rør
Bundle Aftagelighed Nem at trække bundt fra den ene ende uden at afbryde skalrøret. Vanskelige behov adskillelse af begge ender Indebærer ofte fjernelse af veksleren fra ledningen
Dyser i ShellKan forblive fastgjort under fjernelse af bundter. Udveksleren skal tages af eller flyttes
Rørsideforbindelser Indløb og udløb i samme ende Indløb og udløb i modsatte ender (generelt)
Strømningssti ind og ud via koncentriske rør (dobbelt-røreffekt)Lige gennem (én passage) eller multi-passage med returhjelm
Termisk effektivitet Lidt reduceret (LMTD-korrektionsfaktor 0,85–0,95) Højere (kan få ægte modstrøm)
Gennemsnitlig Max. Rørlængde Håndterings- og vibrationsbegrænset termisk spænding Begrænset af termisk ekspansion (normalt 1,5–2,5 m for PTFE uden ekspansionsfuge)
Begroningstolerance God, bundtet er aftageligt til rengøring Rimelig – rengøring tager ekstra tid uden for drift
Pris for små enheder. Moderat - enkelt rørplade, ingen ekspansionsfuge Nedre - Nemmere montering for korte rør
Pris for store/lange enheder Lavere – intet behov for dyre ekspansionsfuger Højere – flydende hoved eller ekspansionsled øger omkostningerne
Praktiske anvendelser af bajonet PTFE varmevekslere
Ved kemisk bearbejdning og overfladebehandling foretrækkes bajonetdesignet til en række specialiserede tilfælde:

Alvorlig termisk cykling - Batchprocedurer med flere opvarmnings- og afkølingscyklusser af veksleren hver dag. De frie-glidende bajonetrør tillader denne cykling uden opbygning af stress.

Tilgroningstjenester - Bade, der efterlader kalk, slam eller organiske belægninger på varmeoverførselsoverfladen. Det er vigtigt at kunne trække bundtet til mekanisk eller kemisk rengøring på en regelmæssigt planlagt basis.

Aggressive sure miljøer, der kræver PTFE - PTFE er kemisk inert og specificeret til aggressive syrer (f.eks. saltsyre, svovlsyre, flussyre). Bajonetdesign reducerer antallet af tætninger og potentielle lækagepunkter på rørsiden.

Begrænset adgangsplads - Når veksleren skal bygges i et hul, mod en væg eller på et sted, hvor der ikke kan opnås adgang til begge ender. En bajonetveksler serviceres kun i den ene ende.

Eftermonteringsinstallationer - Udskiftning af en eksisterende fast rørpladeveksler med termiske udmattelsesproblemer. Grundårsagen til disse fejl er fjernet af bajonetdesignet.

I modsætning hertil konkurrerer faste rørpladesystemer stadig om:

Små, korte vekslere (rørlængde < 1,5 m), når varmeudvidelse ikke er et problem.

Anvendelser uden termisk cykling. Meget rene væsker.

Når ren modstrøm er nødvendig for at maksimere LMTD (f.eks. varmegenvinding med tæt temperaturtilgang).

Projekter med budgetbegrænsninger, hvor den laveste forudgående omkostning er den vigtigste drivkraft.

Overvejelser om installation og drift
Der er en række praktiske aspekter, der skal tages i betragtning ved specifikationen af ​​en bajonet PTFE varmeveksler.

Understøttelse af den frie ende Den frie ende af bajonetrøret skal understøttes, men ikke stramt fast. Metal-til-PTFE-kontakt forhindres via PTFE-slidmanchetter eller lave-friktionsringe.

Tætningsdesign - Den glidende tætning til indføring af det ydre rør i rørpladen skal tillade aksial bevægelse uden lækage. Fælles er PTFE-læbetætninger eller O-ringe med fjederenergigivere.

Flowfordeling - Sørg for, at den ringformede spalte er tilstrækkelig stor til at undgå et for stort trykfald. Spalten er generelt 2-5 mm afhængig af rørdiameter og strømningshastighed.

Rørvibration - Baffler eller støtteplader skal placeres med 0,5-1,0 meters intervaller for at undgå hvirvel-induceret vibration. Understøtningerne skal tillade aksial glidning.

Bemærk også, at bajonetvekslere kan installeres i adskillige antal i en enkelt skal. Multi-bajonetdesignet bruger et stort antal bajonetrør i tandem, alle fastgjort til det samme rørark. Dette arrangement giver et stort areal til varmeoverførsel og adgang til vedligeholdelse kun fra den ene ende.

Konklusion