Một đợt rét đậm bất ngờ ập đến trong đêm. Nước trong bộ trao đổi nhiệt PTFE đóng băng. Đến sáng, các ống đã tách ra và vỏ phồng lên. Chi phí sửa chữa là đáng kể. Một quy trình xả-đơn giản hoặc một thiết bị theo dõi nhiệt nhỏ sẽ cứu được thiết bị.
Tại sao đóng băng gây ra thiệt hại
Thiệt hại do đóng băng thường được đánh giá thấp vì PTFE được biết đến với tính linh hoạt. Tuy nhiên, tính linh hoạt không loại bỏ được rủi ro khi nước biến thành băng. Khi nước đóng băng, nó giãn nở khoảng 9%. Trong một không gian hạn chế như ống hoặc vỏ trao đổi nhiệt, sự giãn nở này tạo ra áp suất bên trong đáng kể.
Các ống PTFE có thể biến dạng dưới áp suất này và mặc dù chúng không phải lúc nào cũng nứt ngay lập tức nhưng có thể xảy ra biến dạng vĩnh viễn. Các khu vực dễ bị tổn thương hơn bao gồm các khớp nối ống-với-bảng ống, các kết nối được đệm kín và bất kỳ khu vực nào nơi PTFE tiếp xúc với kim loại. Những vị trí này chịu ứng suất tập trung và có nhiều khả năng bị nứt hoặc rò rỉ sau hiện tượng đóng băng. Trong trường hợp nghiêm trọng, ngay cả lớp vỏ kim loại cũng có thể phồng lên do lực giãn nở của băng.
Thiệt hại có thể không phải lúc nào cũng được nhìn thấy ngay lập tức. Các vết nứt nhỏ hoặc các mối nối bị yếu có thể vẫn không bị phát hiện cho đến khi hệ thống được khởi động lại, lúc đó rò rỉ phát triển dưới áp lực. Nhiệt độ dưới 0 vài độ có thể tốn hàng nghìn đô la cho việc sửa chữa-lên kế hoạch trước.
Hiểu các điều kiện rủi ro
Sự đóng băng thường xảy ra khi chất lỏng bên trong bộ trao đổi nhiệt bị ứ đọng và tiếp xúc với nhiệt độ môi trường thấp. Chất lỏng chảy có ít thời gian đóng băng hơn vì nhiệt được trao đổi liên tục, nhưng nước đứng yên sẽ mất nhiệt nhanh chóng, đặc biệt là trong các hệ thống không được cách nhiệt hoặc được bảo vệ kém.
Việc lắp đặt ngoài trời, đường ống cách nhiệt nhẹ và lịch trình vận hành không liên tục sẽ làm tăng tính dễ bị tổn thương. Ngay cả hệ thống trong nhà cũng có thể bị đóng băng nếu tiếp xúc với gió lùa hoặc nếu hệ thống sưởi xung quanh không đủ trong thời tiết khắc nghiệt.
Duy trì dòng chảy trong quá trình vận hành
Đối với các hệ thống hoạt động liên tục, cách bảo vệ hiệu quả nhất là duy trì chuyển động của chất lỏng. Nước chảy hoặc dung dịch nước chống lại sự đóng băng vì nó liên tục trao đổi nhiệt với các phần thượng nguồn và hạ lưu của hệ thống.
Người vận hành nên tránh tắt máy không cần thiết trong thời gian lạnh. Nếu việc tắt máy là không thể tránh khỏi, việc chuyển sang trạng thái không hoạt động phải bao gồm các biện pháp thoát nước thích hợp hoặc các biện pháp bảo vệ đóng băng thay thế. Chỉ dựa vào nhiệt dư là chưa đủ, đặc biệt là khi tiếp xúc với thời tiết lạnh kéo dài.
Xả nước khi không hoạt động
Đối với hoạt động không liên tục, hệ thống thoát nước hoàn toàn là biện pháp bảo vệ đáng tin cậy nhất chống lại sự đóng băng. Sau mỗi lần sử dụng, cả phía xử lý và phía tiện ích của bộ trao đổi phải được xả hết nước.
Xả nước không chỉ đơn giản là mở van và chờ đợi trong thời gian ngắn. Tất cả các điểm thấp phải được làm sạch và các lỗ thông hơi phải được mở để cho không khí đi vào và thay thế chất lỏng. Nếu không có hệ thống thông gió thích hợp, các túi nước có thể vẫn bị mắc kẹt bên trong các ống hoặc đầu nối.
Chất lỏng còn sót lại thường là nguyên nhân gây hư hỏng do đóng băng. Ngay cả một lượng nhỏ nước bị mắc kẹt cũng có thể giãn nở và tạo ra ứng suất cục bộ. Vì lý do này, nhiều cơ sở bổ sung khả năng thoát nước bằng-xả khí áp suất thấp-. Sử dụng khí nén ở áp suất dưới 2 bar giúp loại bỏ chất lỏng còn sót lại mà không gây nguy cơ làm hỏng các bộ phận PTFE.
Quá trình thoát nước mất mười phút; việc thay thế một tấm ống phải mất vài tuần.
Theo dõi nhiệt để bảo vệ liên tục
Theo dõi nhiệt cung cấp một phương pháp ngăn ngừa đóng băng tích cực, đặc biệt đối với các hệ thống không thể thoát nước thường xuyên. Có thể áp dụng phương pháp dò nhiệt bằng điện hoặc theo dõi hơi nước cho vỏ bộ trao đổi nhiệt và đường ống liên quan để duy trì nhiệt độ trên mức đóng băng.
Nên sử dụng hệ thống điều khiển-bộ điều nhiệt. Điều này cho phép tính năng theo dõi tự động kích hoạt khi nhiệt độ môi trường xung quanh đạt đến mức tới hạn, đảm bảo bảo vệ nhất quán mà không tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
Truy tìm nhiệt nên được cài đặt cẩn thận để tránh các điểm nóng. PTFE có giới hạn nhiệt độ và việc gia nhiệt không đều có thể gây ra ứng suất nhiệt. Thiết kế và lắp đặt phù hợp đảm bảo nhiệt được phân bổ đều trên bề mặt bộ trao đổi nhiệt.
Chất chống đông trong vòng kín
Trong các hệ thống tiện ích vòng lặp khép kín, việc bổ sung chất chống đông như glycol là một giải pháp thiết thực. Bằng cách hạ thấp điểm đóng băng của chất lỏng, nguy cơ hình thành băng sẽ giảm đáng kể.
Hiệu quả của chất chống đông phụ thuộc vào nồng độ. Kiểm tra thường xuyên là cần thiết để đảm bảo rằng hỗn hợp vẫn nằm trong phạm vi yêu cầu đối với nhiệt độ tối thiểu dự kiến. Pha loãng quá-làm giảm khả năng bảo vệ, trong khi nồng độ quá cao có thể ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt.
Khả năng tương thích với các vật liệu hệ thống cũng phải được xác minh. Trong khi PTFE có khả năng chịu lực cao, các thành phần khác như vòng đệm và máy bơm phải được xem xét khi lựa chọn giải pháp chống đông.
Cách nhiệt như một biện pháp hỗ trợ
Cách nhiệt đóng vai trò hỗ trợ trong việc chống đóng băng. Bằng cách giảm thất thoát nhiệt, lớp cách nhiệt giúp duy trì nhiệt độ chất lỏng trong thời gian dài hơn. Tuy nhiên, chỉ cách nhiệt thôi là không đủ khi tiếp xúc kéo dài với điều kiện dưới{2}}đóng băng.
Cách nhiệt hiệu quả phải được kết hợp với một hoặc nhiều biện pháp tích cực như duy trì dòng chảy, theo dõi nhiệt hoặc chất chống đông. Nó nên được xem như một phần của chiến lược rộng lớn hơn là một giải pháp độc lập.
Sự chuẩn bị theo mùa và nhận thức của người vận hành
Bảo vệ chống đóng băng bắt đầu trước khi mùa đông đến. Các cơ sở nên xác định trước ngày sương giá dự kiến đầu tiên và hoàn thành trước các thủ tục về mùa đông. Điều này bao gồm kiểm tra lớp cách nhiệt, thử nghiệm hệ thống theo dõi nhiệt, xác minh chức năng thoát nước và chuẩn bị vật tư chống đông nếu cần.
Nhận thức của người vận hành cũng quan trọng không kém. Nhân viên phải hiểu các rủi ro liên quan đến việc đóng băng và tuân theo các quy trình đã được thiết lập một cách nhất quán. Việc dán nhãn rõ ràng cho các van xả và lỗ thông hơi có thể làm giảm khả năng thoát nước không hoàn toàn.
Một cách tiếp cận khởi nghiệp mùa đông đơn giản giúp đảm bảo sự sẵn sàng. Trước khi đưa bộ trao đổi nhiệt trở lại hoạt động, người vận hành phải xác nhận rằng tất cả các cống thoát nước đã được đóng, xác minh rằng không còn băng dư và đưa chất lỏng vào dần dần để tránh ứng suất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ đột ngột.
Thực hành rã đông an toàn
Nếu xảy ra hiện tượng đóng băng, phản ứng phải được kiểm soát. Nghiêm cấm việc sử dụng nhiệt trực tiếp bằng đèn khò hoặc ngọn lửa trần. PTFE có thể tan chảy hoặc phân hủy dưới nhiệt độ cục bộ cao, gây hư hỏng thêm.
Thay vào đó, nên sử dụng hệ thống sưởi ấm có kiểm soát bằng cách sử dụng hệ thống sưởi xung quanh, lưu thông không khí ấm hoặc theo dõi nhiệt được thiết kế phù hợp để làm tan băng dần dần bộ trao đổi nhiệt.
Ngăn chặn những thất bại tốn kém trong mùa đông
Bảo vệ chống đóng băng là một khía cạnh theo mùa nhưng quan trọng khi vận hành các bộ trao đổi nhiệt PTFE ở vùng khí hậu lạnh. Sự kết hợp giữa sự giãn nở của nước, hình học hạn chế và các bề mặt tiếp xúc vật liệu tạo ra nguy cơ hư hỏng cao khi xảy ra hiện tượng đóng băng.
Các phương pháp đơn giản, nhất quán-duy trì dòng chảy, xả nước khi không hoạt động, áp dụng phương pháp dò nhiệt và sử dụng chất chống đông khi thích hợp-mang lại sự bảo vệ hiệu quả. Những biện pháp này yêu cầu tối thiểu thời gian và công sức so với chi phí và sự gián đoạn trong việc sửa chữa-thiết bị bị hư hỏng do đóng băng.
Thoát nước, theo dõi nhiệt và chất chống đông là những giải pháp đơn giản giúp ngăn chặn những thất bại thảm khốc trong mùa đông. Với kế hoạch phù hợp và sự chú ý hàng ngày, bộ trao đổi nhiệt PTFE có thể hoạt động đáng tin cậy ngay cả trong những điều kiện lạnh nhất.
