De buiszijde verwerkt een schone vloeistof, die door gladde PTFE-buizen stroomt. Toch stijgt in de loop van de weken de druk die nodig is om de vloeistof aan de zijkant-door de wisselaar te duwen gestaag. De buizen zelf vervuilen niet-het probleem zit aan de buitenkant. Dit raadselachtige symptoom wordt vaak ten onrechte gediagnosticeerd als een probleem met de slangen-, wat leidt tot onnodig schoonmaken of zelfs vervangen van bundels die van binnen perfect schoon zijn. In werkelijkheid wijst een geleidelijke stijging van het drukverschil aan de zijkant van de schaal, ondanks schone buizen, regelrecht op ophoping op de buitenoppervlakken van de buizenbundel en de schotten. De oorzaken begrijpen vandrukval aan de schaalzijde verhoogt schone buizen PTFEconditie stelt operators in staat de juiste reinigingsmethode te kiezen en de prestaties van de wisselaar te herstellen.
De hoofdoorzaak: vervuiling buiten de buizen
PTFE-buizen worden gewaardeerd vanwege hun niet-klevende, chemisch inerte binnenoppervlakken. Vloeistoffen die deeltjes, opgeloste vaste stoffen of reactieve stoffen bevatten, hechten zich zelden aan de binnenkant van de buis. De schaalzijde-de ruimte rond de buizen-presenteert echter een andere omgeving. De vloeistof aan de schaal-zijde stroomt door de buizenbundel en gaat door de openingen tussen de buizen en rond keerplaten. Deze doorgangen zijn smal en bevatten talloze stagnatiezones, vooral achter schotten en bij buizen-om-contactpunten te ondersteunen.
Na verloop van tijd hopen zich drie primaire soorten afzettingen op op de buitenste buisoppervlakken en schotten:
1. Deeltjessedimentatie
Als de vloeistof aan de schaal-zijde zwevende vaste stoffen bevat (bijvoorbeeld stof, roestdeeltjes, gekristalliseerde zouten of fijne metaaldeeltjes), kunnen deze deeltjes zich in gebieden met lage- snelheid bezinken. De lage oppervlakte-energie van PTFE voorkomt mechanische beknelling niet; deeltjes raken vastgeklemd tussen aangrenzende buizen of tegen schotten. Naarmate de afzettingslaag groeit, krimpt de stromingsdwarsdoorsnede-. Volgens de continuïteitsvergelijking dwingt een kleiner dwarsdoorsnedeoppervlak, voor een vast volumetrisch debiet, de vloeistofsnelheid naar boven. De drukval over een restrictie is evenredig met het kwadraat van de snelheid (ΔP ∝ v²). Bijgevolg kan zelfs een bescheiden verkleining van het stroomoppervlak een aanzienlijke stijging van de gemeten drukval veroorzaken.
2. Polymerisatie en chemische vervuiling
Veel schil{0}}vloeistoffen in chemische processen zijn gevoelig voor polymerisatie of harsvorming bij hoge temperaturen. Monomeren zoals styreen of acryl kunnen bijvoorbeeld langzaam reageren op hete oppervlakken, waardoor een kleverige polymeerlaag ontstaat. De niet-aanbaklaag van PTFE vermindert dit effect, maar elimineert dit niet; als de polymeerprecursor reactief genoeg is, kan deze zich nog steeds afzetten, vooral op metalen schotten en steunplaten (die vaak van roestvrij staal zijn gemaakt). Zodra zich een dunne laag vormt, vangt deze extra materiaal op, waardoor geleidelijk een stroperige of harde korst ontstaat die de stroompaden smaller maakt.
Op soortgelijke wijze kunnen vloeistoffen die opgeloste anorganische stoffen bevatten, zouten neerslaan als de temperatuur in de wisselaar verandert, waardoor kalkaanslag op de buitenkant van de buizen wordt afgezet.
3. Biologische groei (biofouling)
In warmtewisselaars die onbehandeld water gebruiken-zoals koelwater uit rivieren, meren of koeltorens-kan biologische groei (algen, bacteriën of slijm-vormende organismen) aan de schaalzijde floreren. De warme, vochtige omgeving tussen de buizen is ideaal voor de ontwikkeling van biofilms. Een slijmerige biofilm verhoogt de stromingsweerstand en vangt ook zwevende deeltjes op, waardoor vervuiling wordt versneld. Biofouling komt vooral veel voor in gebieden met lage- snelheden en kan ervoor zorgen dat de drukval binnen enkele weken verdubbelt.
Waarom Shell-zijwaartse aangroei vaak over het hoofd wordt gezien
De buitenkant van de buizen kan een dode hoek zijn voor routine-inspectie. Bij een vaste buizenplaatwisselaar zijn de zijdoorgangen- volledig omsloten; er is geen directe visuele toegang tot de bundel zonder de schaal te verwijderen of open te snijden. Operators controleren vaak de reinheid van de buis-zijde door de binnenkant van de buis te inspecteren of de drukval aan de buis-zijde te meten. Als de buis-zijde schoon blijft (laag drukverlies en helder effluent), wordt aangenomen dat de gehele wisselaar schoon is-een gevaarlijke misvatting.
Bovendien kan de drukval aan de schaal-zijde slechts met tussenpozen worden gemonitord of niet worden vergeleken met een basislijn. Een geleidelijke stijging in de loop van maanden kan onopgemerkt blijven totdat de pomp de maximale opvoerhoogte bereikt of tot onder de procesvereisten daalt.
De manometer als waarheidsgetrouwe verhalenverteller
De manometer is een waarheidsgetrouwe verhalenverteller als er gehoor wordt gegeven aan zijn boodschap. De eerste stap bij het diagnosticeren van een probleem met shell{1}}zijwaartse aangroei is het vaststellen van een basislijnschone drukvalbij een bekend debiet. Deze nulmeting dient direct na een nieuwe installatie of na een grondige reiniging te worden vastgelegd. Vervolgens worden periodieke metingen (dagelijks, wekelijks of maandelijks) bij hetzelfde debiet vergeleken met de basislijn.
Een schone PTFE-buizenbundel zonder afzettingen aan de zijkant- veroorzaakt een voorspelbare drukval die maandenlang stabiel blijft. Een geleidelijke, monotone stijging-bijvoorbeeld 5% per maand-duidt sterk op een progressieve accumulatie aan de zijkant-. Daarentegen zou vervuiling aan de zijkant van de buis zich manifesteren als een grotere drukval aan de zijkant van de buis en een verminderde warmteoverdracht, en niet als een stijging aan de zijkant van de schaal.
Als de vloeistof aan de schaal-zijde water is met potentiële biologische activiteit, kan de toename een seizoenspatroon volgen (sneller in de zomer). Bij polymerisatie versnelt de stijging vaak omdat afzettingen meer oppervlak opleveren voor verdere reactie.
Oplossingen: chemische reiniging en bundelverwijdering
Zodra de vervuiling aan de zijkant van de schaal- is bevestigd, moet de reiniging de externe oppervlakken aanpakken. De aanpak is afhankelijk van het ontwerp van de wisselaar en de aard van de afzetting.
Chemische reiniging (ter plaatse-)
Voor veel soorten vervuiling kan een chemische reiniging worden uitgevoerd zonder de buizenbundel te verwijderen. Een reinigingsoplossing wordt door de schaalzijde gecirculeerd (waarbij de buiszijde geïsoleerd of afzonderlijk gespoeld wordt). De keuze van de chemische stof is afhankelijk van de afzetting:
Sediment en schaal:Zure oplossingen (bijvoorbeeld verdund HCl, citroenzuur of sulfaminezuur) lossen calciumcarbonaat, ijzeroxide en de meeste minerale aanslag op. De schaalzijde moet worden geventileerd om gas vrij te laten dat door de reactie wordt gegenereerd.
Polymerisatie en organische vervuiling:Alkalische reinigingsmiddelen (bijv. natriumhydroxide met oppervlakteactieve stoffen) of oplosmiddelen (bijv. tolueen, methylethylketon of speciaal samengestelde ontvetters) breken organische polymeren en harsen af. De compatibiliteit van het reinigingsmiddel met PTFE (uitstekend) en met het schaalmateriaal (bijvoorbeeld koolstofstaal of roestvrij staal) moet worden geverifieerd.
Biovervuiling:Natriumhypochloriet (bleekmiddel), waterstofperoxide of biocideformuleringen (bijv. quaternaire ammoniumverbindingen) doden en verspreiden de biofilm. Na de biocidecirculatie wordt het vuil verwijderd door een spoeling met schoon water.
Chemical cleaning effectiveness depends on achieving turbulent flow velocity (>1 m/s) aan de schaalzijde om losgemaakte afzettingen te ontvetten. Het verwarmen van de reinigingsoplossing (als de wisselaar dit kan verdragen) versnelt de reactiesnelheid. Na het reinigen moet de drukval terugkeren naar bijna de oorspronkelijke basiswaarde.
Bundelverwijdering voor mechanische reiniging
Als chemische reiniging onvoldoende is-bijvoorbeeld als de afzettingen zwaar verkoold zijn, hard-gesinterd zijn of grote deeltjes bevatten die niet kunnen worden opgelost-is mechanische reiniging vereist. Dit is alleen mogelijk bij warmtewisselaarontwerpen waarbij de buizenbundel uit de schaal kan worden verwijderd:
Wisselaars met zwevende kop(bijv. AES-, BES- of AEP-types) maken het mogelijk de bundel horizontaal te trekken na het verwijderen van de zwevende kopafdekking.
U-buizenwisselaars(CFU-type) maken ook bundelverwijdering mogelijk.
Vaste buizenplaatwisselaars(bijvoorbeeld BEM- of AEM-typen) welnietsta bundelverwijdering toe; de bundel is permanent aan de schaal gelast. Hiervoor is chemische reiniging de enige optie, of hydroblasting via geboorde toegangspoorten, indien beschikbaar.
Eenmaal verwijderd, kan de bundel worden gereinigd met waterstralen onder hoge-druk (doorgaans 500–1500 bar), stoomreiniging of handmatig schrapen (hoewel schrapen het risico met zich meebrengt dat de PTFE-buisoppervlakken worden beschadigd). Na het reinigen wordt de bundel geïnspecteerd op tekenen van slijtage of schade aan de buizen voordat deze opnieuw wordt geïnstalleerd.
Preventiestrategieën
Om herhaling van een toename van de drukval aan de zijkant- aan de schaal te voorkomen, worden drie maatregelen aanbevolen:
Filter de vloeistof aan de schaal-zijde:Installeer een zeef of patroonfilter op de -inlaat aan de schaalzijde om deeltjes groter dan 100–200 μm te verwijderen. Voor fijne vaste stoffen kan een terugspoelfilter of een cycloonafscheider worden gebruikt.
Controle biologische groei:Als de vloeistof aan de schaal-zijde water is, voorkomt een biocide-injectiesysteem (continu of intermitterend) de vorming van biofilm. Behandeling met ultraviolette straling (UV) is een andere niet-chemische optie.
Houd de zijsnelheid van de schaal- boven de kritische aangroeisnelheid:Voor sedimentatie en biofouling helpt een minimale dwarsstroomsnelheid van 0,5–1,0 m/s (afhankelijk van de deeltjesgrootte) vaste stoffen in suspensie te houden en hechting te voorkomen. Een te hoge snelheid kan echter buisvibratie en fretting veroorzaken, een -apart ontwerpprobleem-.
Voor polymerisatieproblemen kan de uiteindelijke oplossing het verlagen van de bedrijfstemperatuur aan de buitenkant van de schaal zijn (als het proces dit toelaat) of het toevoegen van een polymerisatieremmer aan de vloeistof.
Monitoring als onderhoudsinstrument
Een nulmeting van de drukval wanneer deze schoon is, is essentieel ter vergelijking. Zonder dit is een geleidelijke toename niet te onderscheiden van normaal gebruik. Het wordt aanbevolen om bij de inbedrijfstelling of na elke reiniging de drukval aan de schaal-zijde bij het ontwerpdebiet te registreren en bij te houden in het onderhoudsdossier. Vervolgens zorgt een eenvoudige maandelijkse controle (bijvoorbeeld met behulp van de bestaande manometers of een verschildruktransmitter) voor een vroegtijdige waarschuwing.
Een stijging van 20-30% boven de basislijn is een duidelijk signaal dat de schoonmaak moet worden gepland tijdens de volgende geplande stilstand. Als u wacht tot de drukval verdubbelt of verdrievoudigt, riskeert u pompcavitatie, uithongering van de stroming en potentiële schade aan de buizenbundel als gevolg van te hoge stroomsnelheden in de resterende open ruimtes.
Conclusie
Vervuiling aan de zijkant van de schaal- is een veel voorkomende oorzaak van sluipende drukval in PTFE-warmtewisselaars, zelfs als de buizen zelf perfect schoon blijven. Deeltjes, gepolymeriseerde resten of biologisch slijm hopen zich op aan de buitenkant van de buizen en op schotten, waardoor de stroomdoorgangen smaller worden en de snelheid-en daardoor de drukval- toeneemt volgens de kwadratische wet. Door deze trend te monitoren ten opzichte van een basislijn, kan de schoonmaak worden gepland voordat deze kritiek wordt. Chemische reiniging (met zuren, oplosmiddelen of biociden) verwijdert de meeste afzettingen ter plaatse, terwijl bij hardnekkige vervuiling bundelverwijdering nodig kan zijn bij ontwerpen met drijvende- kop of U--buis. Beide zijden van de warmtewisselaar moeten schoon zijn om goed te kunnen presteren; de schaalzijde, vaak uit het zicht, verdient dezelfde aandacht als de buiszijde. Door het symptoom te herkennen van een toenemende drukval aan de zijkant-ondanks schone buizen, kunnen ingenieurs verkeerd gerichte schoonmaakwerkzaamheden aan de buis vermijden en de werkelijke oorzaak efficiënt aanpakken.
