Hvorfor udvikler PTFE-varmevekslere bypass-lækage, og hvordan korrigeres det?

Bypass-lækage er ikke en lækage til det ydre miljø, men en intern kort-skåret-skal-sidevæske, der strømmer rundt om rørbundtet i stedet for gennem det. Denne interne bypass er et tab af varmeoverførselsoverflade og en reduktion i vekslerens effektivitet, men er ikke synlig udefra. Det er vigtigt at kende ruterne og årsagerne til problemer med bypass-lækage PTFE varmeveksler for at diagnosticere ydeevnetab og planlægge vellykkede reparationer. Denne artikel diskuterer de almindelige lækagekanaler, årsager til lækage og reparationstrin for at genoprette den termiske ydeevne.

Bypass-lækage: Hvad er det, og hvorfor det betyder noget?
I en skal-og-rørvarmeveksler formodes det, at væsken på skal-siden strømmer hen over rørbundtet, styret af ledeplader. Bypass-lækage sker, når noget af den væske ikke rører rørene, fordi den flyder ned ad en kortere, lavere modstandsvej. Væsken forlader veksleren med en lille eller nul temperaturændring, hvilket reducerer den samlede varmeoverførselshastighed.

Bypass-lækage er skadeligt, især for PTFE-varmevekslere, der allerede har lavere varmeledningsevne end metalenheder. Bypassflowet på 20 % kan reducere den effektive varmeoverførselskoefficient med 25–35 %, fordi den bypassede væske ikke deltager i varmevekslingen. Problemet er internt og kan ikke findes ved ekstern visuel inspektion eller trykprøvning, kun ved overvågning af termisk ydeevne eller intern undersøgelse.

PTFE-varmeveksler Primære bypass-lækageveje
Skal-sidevæsken kan omgå rørbundtet på tre forskellige måder.

1. Bundle-to-Shell clearance (annular bypass)
Der er altid et mellemrum mellem de yderste rør og skallens indervæg. Denne ringformede spalte er nødvendig for at indsætte og fjerne rørbundtet. Dette mellemrum fyldes i en velkonstrueret veksler med tætningsstrimler (nogle gange kaldet bypass-tætninger) eller dummyrør, som begrænser strømmen. Forseglingsstrimlerne er ofte flade stålstænger eller PTFE-fyldte strimler, der er fastgjort til ledepladerne, rager udad og kommer i kontakt med skalvæggen.

Når tætningslister mangler, er slidte eller itu, flyder væske på kappesiden let gennem det ringformede mellemrum uden at trænge ind i rørbundtet. Dette er den store omfartsvej.

2. Baffle til skallens frigang
Baflerne passer ikke tæt i skallen. Der er en lille frigang (normalt 1-3 mm) for at muliggøre montering og termisk udvidelse. Væske kan løbe ud over kanterne af hver skærm, især toppen og bunden, hvor skærmafskæringen finder sted. Lækagen i nye vekslere er beskeden (2-5 % af det samlede flow). Hvis ledepladerne imidlertid bliver beskadiget, snoet, korroderet eller eroderet, vil frigangen øges, og bypass-flowet vil stige betydeligt.

Vandhammer (damphammer), fremmedlegemer, der transporteres i væsken på kappen, og korrosion af metalpladekomponenter kan forårsage beskadigelse af PTFE-varmevekslerbafler (PTFE-rørene korroderer ikke selv, men metalpladerne og støttepladerne kan muligvis).

3. Rør til Baffle Afstand
Hver baffel har et hul, hvorigennem et PTFE-rør strømmer. For at tillade bevægelse af det fleksible PTFE-rør og forhindre binding under termisk ekspansion er et mellemrum på 0,2 til 0,5 mm nødvendigt. Disse små ringformede huller kan tillade væske at undslippe. Lækage fra rør til baffel er generelt en mindre bidragyder til bypass i de fleste designs (normalt<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.

Årsager til PTFE bypass lækage varmevekslere
Intern undersøgelse afslører normalt en eller flere af følgende forhold:

Slidt eller manglende vejrafisolering
Tætningslister fastgøres til bafler med skruer, clips eller svejsning. Skruer kan løsne sig med tiden, clips kan svigte, eller selve strimlerne kan korrodere eller nedbrydes. I visse felt-reparerede bundter er forseglingsstrimlerne muligvis ikke blevet gen-installeret efter gen-slang. Det er en regelmæssig opdagelse, at tætningsstrimler kun er til stede på nogle få af baflerne, eller er helt fraværende.

Beskadigede bafler,
Baffler kan brydes af:

Damphammer – Gentagne stødbølger kan bøje eller knuse metalplader nær røråbningerne.

Korrosion - Stålplader kan tynde ud og miste form ved ætsende brug (selv med PTFE-rør).

Mekanisk stød - Baffler kan blive bøjet under indsættelse eller fjernelse af bundt, hvis de ikke er korrekt justeret.

En bøjet baffel, der ikke længere passer tæt mod skallen, skaber en betydelig frigang. En knækket baffel kan mangle dele, der giver mulighed for flow.

Stor Shell Clearance fra Original Design
Nogle af de billige-PTFE-varmevekslere er konstrueret med for store bundle-til-afstande for at lette fremstillingen. Der kan være et mellemrum på 10 mm eller mere. Tætningslister mangler eller er for små. I disse situationer er bypass-lækage en designfunktion og kan ikke helt elimineres uden en større redesign.

Sådan diagnosticeres bypass-lækage uden at åbne veksleren
Hvis der er mistanke om bypass-lækage:

Varmeoverførselshastigheden, beregnet ud fra indløbs-/udløbstemperaturer og strømningshastigheder, er meget lavere end designtallet, selvom rørene er rene, og der ikke er udvendige utætheder.

Skalsidetrykfaldet er mindre end historiske aflæsninger ved samme flowhastighed. Mindre trykfald betyder, at væsken strømmer gennem en kanal med mindre modstand (bypass).

Temperaturændringen af ​​væsken på skal-siden (ΔT) er ikke som forventet, og udgangstemperaturen på rørets -side er ligeledes uden for målet.

For det første er det vigtigt at udelukke alternative forklaringer på dårlig ydeevne: tilsmudsning, indespærrede ikke-kondenserbare materialer eller lavere strømningshastigheder. Hvis de forsvinder, er det sandsynligvis bypass-lækage.

Bypass lækage korrigerende handlinger
Den korrekte reparation afhænger af sværhedsgraden og tilgængeligheden af ​​rørbundtet.

1. Udskiftning af tætningslister (mest almindelig fix)
For vekslere med aftagelige rørbundter kan tætningslister indsættes eller fjernes under en planlagt nedlukning. Processen er:

Skaldækslet fjernes og rørbundtet trækkes ud.

Baffler inspiceres. Fjern snavs og korrosion fra rillerne på den eksisterende tætningsliste.

Nye tætningsstrimler (ofte PTFE-imprægneret stof, metalfjederstrimler eller massive PTFE-stænger) skæres til i den ønskede længde og monteres i slidserne på hver baffel. Strimlerne skal rage ud for at komme i kontakt med skallens indervæg med en lille interferenspasning (0,2–0,5 mm kompression).

Strimlerne holdes på plads med skruer eller ved at pudse kanterne af baffelen (til metalstrimler). Nogle designs holder strimlerne ved trykket af skallen mod baflen.

Bundtet geninstalleres, og veksleren testes.

Denne reparation genvinder normalt 90-100 % af den tabte ydeevne, hvis baflerne ikke er beskadiget.

2. Reparation eller udskiftning af baffel
Tætningslister alene kan ikke fiksere bafler, der er bøjet, brækket eller korroderet. Beskadigede bafler skal repareres eller udskiftes. For PTFE varmevekslere er ledeplader generelt lavet af metal (rustfrit stål eller kulstofstål), som kan være:

Udrettet -- Små bøjninger kan skubbes fladt i en hydraulisk presse.

Svejste - Revner svejses op og slebet glatte. Man sørger for ikke at forvrænge baffelen.

Udskiftet – Alvorligt beskadigede ledeplader skæres fra bundtet, og nye ledeplader skrues på PTFE-rørene. Dette er en arbejdsintensiv-operation, der ofte udføres under en fuld genoptræning.

Efter baffelreparation monteres nye tætningslister.

3. Skal-justering af sideflow (midlertidig reduktion)
I situationer, hvor øjeblikkelig demontering ikke er mulig, kan driftsjusteringer delvist kompensere for bypass-lækage. Forøgelse af skal-sidestrømningshastigheden øger hastigheden gennem både rørbundtet og bypass-spalterne. Fordi trykfaldet stiger med kvadratet af hastigheden, kan en højere strømningshastighed forbedre andelen af ​​væske, der faktisk krydser rørene. Dette løser dog ikke årsagen og øger pumpeenergien. Det betragtes kun som en midlertidig foranstaltning.

4. Redesign til alvorlige rydningsproblemer
I vekslere med i sagens natur overdimensioneret kappefrigang (dårligt originalt design), kan eftermontering med tykkere tætningslister eller installation af dummyrør i det ringformede rum forsøges. Dummyrør er korte længder af PTFE-slanger, der er placeret i de yderste rørhuller, men er forseglet ved rørpladeens ender, så der ikke strømmer væske gennem dem. De optager plads og blokerer bypass. Denne fremgangsmåde kræver boring af yderligere huller i ledepladerne og rørpladerne og udføres normalt af et specialiseret værksted.

Tværsnitsdiagrambeskrivelse-(tekstrepræsentation)
Den følgende beskrivelse illustrerer bypass-vejene i en typisk PTFE-skal-og-rørvarmeveksler set i et tværgående-tværsnit:

Den ydre cirkel repræsenterer skallens indre væg.

Indvendigt repræsenterer en cirkulær række af små cirkler PTFE-rørene.

Mellemrummet mellem de yderste rørcirkler og skallens indre væg er bundts-til-skalsafstand (ringformet omløbsbane). I en godt-udviklet veksler stikker tætningsstrimler (afbildet som små rektangler fastgjort til ledepladen) ind i dette mellemrum og rører næsten ved skalvæggen.

En baffel er vist som en vandret linje, der krydser skallens indre, med udskæringer (baffelvinduet) øverst og nederst. Væske, der strømmer rundt om ledepladens kanter-gennem ledepladen-til-skalfrigang-, vises som pile, der passerer mellem baffelspidsen og skalvæggen.

Små pile mellem individuelle rør og ledepladen repræsenterer rør-til-afskærmning.

Tætningslisterne blokerer den ringformede bypass. Når de mangler, indikerer store pile uhindret flow gennem det ringformede mellemrum.

Forebyggelse af bypass-lækage
Bypass-lækage forhindres bedst under design og indledende montering:

Angiv TEMA klasse R eller B konstruktion – Disse standarder definerer maksimale afstande og kræver tætningslister til skaldiametre over en vis størrelse.

Brug dobbelte tætningslister – To rækker tætningsstrimler pr. baffel giver redundans.

Inspicer tætningsstrimler under omslange – Eventuelle manglende eller beskadigede strimler udskiftes før genmontering.

Undgå vandslag – Som beskrevet i relaterede vejledninger, beskadiger damphammere bafler og løsner tætningsstrimler.

En periodisk intern inspektion (hvert 3.-5. år) bør omfatte kontrol af tætheden af ​​tætningslister og standen af ​​bafler. Hvis der er mistanke om bypass-lækage tidligere, kan en trykfaldstest ved en kendt strømningshastighed sammenlignes med baseline-data.

Konklusion
Bypass-lækage er et design- og vedligeholdelsesproblem, der forringer PTFE-varmevekslerens ydeevne lydløst. De primære stier er bundle-til-skalfrigang (ringformet bypass) og spalteplade-til-skalfrigang. Manglende eller slidte tætningslister og beskadigede bafler er de mest almindelige årsager. Intern inspektion afslører ofte disse problemer. Korrigerende handlinger omfatter udskiftning af tætningsstrimler, reparation eller udskiftning af beskadigede bafler og, som en midlertidig foranstaltning, forøgelse af skal-sideflow. Ved alvorlige problemer med frigang kan det være nødvendigt at bruge dummyrør eller redesign. Et problem med PTFE-varmeveksler med bypasslækage kan reducere varmeoverførslen med 10-30 %, men de fleste tilfælde kan korrigeres fuldt ud under et planlagt udfald. Korrekt fremstilling med passende tætningsstrimler og periodisk intern inspektion bevarer termisk effektivitet og forlænger levetiden.