Hvad er risikoen for begroning ved lave strømningshastigheder i en PTFE-veksler, og hvordan kan de håndteres?

Hvis strømningshastigheden reduceres til en gennemgang, vil trykfaldet være lavt, men det vil også tillade suspenderede materialer at sætte sig og biofilm at vokse på PTFE-rørets overflader. En PTFE-veksler, der er hydraulisk tilstrækkelig, kan blive et-tilbøjeligt system, hvis hastigheden falder for lavt til selvrensende strømningsforhold.

Tilsmudsningsmekanismer under lavt flow
Tilsmudsningsmekanismerne er meget anderledes i en PTFE-veksler med lav strømningshastighed end under normale driftsforhold. Når hastigheden på rørsiden reduceres til under omkring 0,5 m/s, er strømningsenergien ikke længere tilstrækkelig til at holde de suspenderede partikler med.

På dette tidspunkt begynder de faste partikler at bundfælde sig ved tyngdekraften. Udfældningshastigheden bestemmes af partikelstørrelse, tæthed og væskeviskositet. Tyngre eller større partikler vil først sætte sig i lavenergizoner såsom rørbunde eller stationære zoner.

Mikrobiel vækst kan også forekomme, hvis næringsstoffer er tilgængelige i procesvæsken. Til sidst vil bakterier klamre sig til overflader og bygge biofilm. Disse biofilm danner et isolerende lag, der nedsætter effektiviteten af ​​varmeoverførsel og påvirker den hydrauliske modstand.

PTFE har lav overfladeenergi og udviser naturligvis mindre vedhæftning end metalliske overflader. PTFE forhindrer dog ikke begroning i tilfælde, hvor hydrodynamiske kræfter ikke er nok til at forhindre aflejring.

Nettopåvirkningen er et gradvist termisk ydeevnetab og en langsom stigning i tryktab på grund af blokering af indvendige overflader.

Selvrensende adfærd og-flowhastighedstærskel
Strømningshastighed er den vigtigste egenskab, der styrer faren for tilsmudsning i varmevekslere. Over en kritisk værdi hæmmer forskydningskræfter ved væggen partikelaflejring og fjerner tilsmudsningslag i tidlige stadier kontinuerligt.

Denne selvrensende effekt går tabt under ca. 0,5 m/s. Denne tærskel tages ofte som en praktisk nedre grænse for acceptabel drift ved levering af rent vand. I gylle eller partikelfyldte væsker kræves højere minimumshastigheder, generelt på over 1,0 m/s, for at opretholde suspensionen og undgå sedimentering.

Begroning er tids-uafhængig og reversibel over disse grænser, og tids-afhængig og sværere at vende under disse tærskler.

Effekter af lavhastighedsbegroning
Effekter af tilsmudsning ved lavt flow omfatter:

Isolerende aflejringer reducerer varmeoverførselskoefficienten

Mindre strømningskanaler betyder højere trykfald

Ulige flowfordeling i rørbundter

Accelereret korrosion eller mikrobiel induceret forringelse i sårbare systemer

Disse effekter er kumulative, hvilket fører til et fald i vekslernes effektivitet og en stigning i hyppigheden af ​​vedligeholdelse.

Design og operationelle afbødningsalternativer
Risikostyring med lav flowhastighed af tilsmudsende PTFE-veksler involverer en blanding af hydraulisk design, kemisk kontrol og vedligeholdelsesdesign.

Holder minimumshastigheden
Et af de vigtigste designmål er at opretholde tilstrækkelig hastighed på rørsiden til at give selv-rensende virkning. En god tommelfingerregel er:

Minimum tube side velocity >=0.5 m/sek (ren væske)

Designhastighed foretrukket Større end eller lig med 1,0 m/s for pålidelig selvrensning-

Langtids-drift under disse niveauer bør undgås i systemdesign.

Optimering af rørdiameter
Hastigheden for en given strømningshastighed påvirkes direkte af rørets diameter. For en given volumetrisk strømning fører mindre rørdiametre til højere hastigheder, øgede vægforskydningskræfter og mindske begroningspotentialet.

Denne designmetode er ofte mere vellykket end at udvide rørstørrelsen, da dette yderligere vil sænke hastigheden og øge risikoen for aflejring.

Recirkulation og flowkontrol
Hvis lavt nettoflow er påkrævet af procesbegrænsninger, kan recirkulationssløjfer tilføjes. Ved at øge den interne cirkulationshastighed og samtidig opretholde lav nettogennemstrømning, kan tilstrækkelig hastighed bevares i vekslerrørene.

Dette bruges ofte i følsomme kemiske og biokemiske processer, hvor lavt samlet flow er uundgåeligt.

Håndtering af kemisk begroning
Biologisk begroning og skældannelse kontrolleres ofte af kemiske behandlingsteknikker. Disse er:

Biocider til kontrol af mikrobiel vækst

Anti-skaleringsmidler til at forhindre mineralaflejring

Periodisk rengøring på plads (CIP) teknikker

Kemisk kontrol er et vigtigt emne i mange industrielle applikationer på trods af PTFEs lave klæbeevne.

Rengøringsdesign
Vekslerne skal være konstrueret til nem mekanisk eller kemisk rengøring. Dette er til:

Lige rørdesign hvor det er muligt

Inspektion og gennemskylning tilgængelige skæreborde

Kompatibilitet med CIP-systemer.

Vedligeholdelse designet til at reducere nedetid og minimere langsigtet tilsmudsning.

Designretningslinje-tommelfingerregel-
Teknisk praktisk guide til at minimere begroningsrisiko er:

For optimal selv-rengørende adfærd kræves en minimumshastighed på rørsiden på ca. . 1.0 m/s.

Denne tærskel giver en sikkerhedsmargin, der reducerer følsomheden over for partikelbelastning, biofilmdannelse og fejlfordeling af strømningen.

Konklusion
Lavt flow er et stort problem med tilsmudsning af PTFE-varmevekslere på grund af partikelbinding og biofilmudvikling, når hastigheden er under kritiske niveauer. PTFE-overflader mindsker vedhæftningstendenser, men kan ikke kompensere for utilstrækkelig hydrodynamisk forskydning.

Afbødning kan være effektiv, hvis der tages proaktive designhensyn, såsom hastighedsstyring, optimering af rørstørrelse, kemisk behandling og vedligeholdelsesplanlægning. Den bedste kontrol for tilsmudsningsrisiko er teknisk design, ikke materialets non-{1}}klæbende kvaliteter.

I sidste ende er de bedste varmevekslersystemer dem, der er bygget til at undgå tilsmudsning i første omgang under forventede driftsforhold snarere end dem, der er afhængige af afhjælpende foranstaltninger efter-tilsmudsning.