Phía ống đang xử lý chất lỏng sạch, đi qua các ống PTFE trơn. Tuy nhiên, qua nhiều tuần, áp suất cần thiết để đẩy chất lỏng bên{1}}vỏ qua bộ trao đổi nhiệt tăng lên đều đặn. Bản thân các ống không bị tắc nghẽn-vấn đề nằm ở bên ngoài. Triệu chứng khó hiểu này thường bị chẩn đoán nhầm là sự cố bên-ống, dẫn đến việc vệ sinh không cần thiết hoặc thậm chí thay thế các bó hoàn toàn sạch sẽ bên trong. Trên thực tế, sự chênh lệch áp suất bên vỏ -tăng dần mặc dù các ống sạch cho thấy sự tích tụ trên bề mặt bên ngoài của bó ống và các vách ngăn. Tìm hiểu nguyên nhân củagiảm áp suất bên vỏ tăng ống sạch PTFEđiều kiện cho phép người vận hành nhắm mục tiêu phương pháp làm sạch chính xác và khôi phục hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt.
Nguyên nhân cốt lõi: Sự bám bẩn bên ngoài ống
Ống PTFE được đánh giá cao nhờ bề mặt bên trong không dính, trơ về mặt hóa học. Chất lỏng chứa các hạt, chất rắn hòa tan hoặc các chất phản ứng hiếm khi bám vào bên trong ống. Tuy nhiên, phía vỏ-không gian xung quanh các ống-thể hiện một môi trường khác. Chất lỏng bên{6}}vỏ chảy qua bó ống, đi qua các khoảng trống giữa các ống và xung quanh các tấm vách ngăn. Những lối đi này hẹp và chứa nhiều vùng ứ đọng, đặc biệt là phía sau các vách ngăn và tại các điểm tiếp xúc ống-để-hỗ trợ.
Theo thời gian, ba loại chất cặn chính tích tụ trên bề mặt ống ngoài và các vách ngăn:
1. Lắng đọng hạt
Nếu chất lỏng bên{0}}vỏ có chứa chất rắn lơ lửng (ví dụ: bụi, hạt rỉ sét, muối kết tinh hoặc hạt kim loại), thì những hạt này có thể lắng đọng ở những vùng có vận tốc-thấp. Năng lượng bề mặt thấp của PTFE không ngăn được hiện tượng kẹt cơ học; các hạt trở nên nêm giữa các ống liền kề hoặc chống lại các vách ngăn. Khi lớp tiền gửi tăng lên, mặt cắt-dòng chảy sẽ co lại. Theo phương trình liên tục, đối với tốc độ dòng thể tích cố định, diện tích mặt cắt ngang giảm sẽ buộc vận tốc chất lỏng đi lên. Độ giảm áp suất qua một giới hạn tỷ lệ với bình phương vận tốc (ΔP ∝ v2). Do đó, ngay cả việc giảm nhẹ diện tích dòng chảy cũng có thể gây ra sự gia tăng đáng kể độ sụt áp đo được.
2. Phản ứng trùng hợp và ô nhiễm hóa học
Nhiều chất lỏng bên-của vỏ trong các quá trình hóa học dễ bị trùng hợp hoặc hình thành nhựa ở nhiệt độ cao. Ví dụ, các monome như styrene hoặc acrylic có thể phản ứng chậm trên bề mặt nóng, tạo thành một lớp polymer dính. Tính chất chống dính-của PTFE làm giảm nhưng không loại bỏ hiệu ứng này; nếu tiền chất polymer đủ phản ứng, nó vẫn có thể lắng đọng, đặc biệt là trên các vách ngăn kim loại và tấm đỡ (thường được làm bằng thép không gỉ). Khi một lớp mỏng hình thành, nó sẽ giữ lại vật liệu bổ sung, dần dần hình thành lớp vỏ cứng hoặc nhớt làm thu hẹp đường dẫn dòng chảy.
Tương tự, chất lỏng chứa các chất vô cơ hòa tan có thể kết tủa muối khi nhiệt độ thay đổi trên bộ trao đổi, lắng đọng cặn ở bên ngoài ống.
3. Tăng trưởng sinh học (Bẩn sinh học)
Trong các bộ trao đổi sử dụng nước chưa qua xử lý-chẳng hạn như nước làm mát từ sông, hồ hoặc tháp giải nhiệt-sự phát triển sinh học (tảo, vi khuẩn hoặc sinh vật hình thành chất nhờn) có thể phát triển mạnh ở phía vỏ. Môi trường ẩm ướt giữa các ống là lý tưởng cho sự phát triển màng sinh học. Màng sinh học nhầy nhụa làm tăng khả năng cản dòng chảy và cũng giữ lại các chất rắn lơ lửng, đẩy nhanh quá trình bám bẩn. Bùn sinh học đặc biệt phổ biến ở những vùng có vận tốc-thấp và có thể khiến áp suất giảm gấp đôi trong vòng vài tuần.
Tại sao Shell-Lỗi bên hông thường bị bỏ qua
Bên ngoài các ống có thể là điểm mù để kiểm tra định kỳ. Trong bộ trao đổi dạng ống cố định, các đường dẫn bên-của vỏ được bao bọc hoàn toàn; không có quyền truy cập trực quan trực tiếp vào gói mà không cần tháo vỏ hoặc cắt nó ra. Người vận hành thường theo dõi độ sạch bên trong ống -bằng cách kiểm tra bên trong ống hoặc độ giảm áp suất bên ống đo-. Nếu -phía ống vẫn sạch (giảm áp suất thấp và nước thải trong), thì giả định rằng toàn bộ bộ trao đổi nhiệt sạch-là một sai lầm nguy hiểm.
Hơn nữa, độ giảm áp suất phía vỏ{0}}có thể chỉ được theo dõi không liên tục hoặc không có xu hướng so với đường cơ sở. Việc tăng dần qua nhiều tháng có thể không được chú ý cho đến khi máy bơm đạt cột áp tối đa hoặc tốc độ dòng chảy giảm xuống dưới mức yêu cầu của quy trình.
Đồng hồ đo áp suất như một người kể chuyện trung thực
Đồng hồ đo áp suất là một người kể chuyện trung thực nếu thông điệp của nó được chú ý. Bước đầu tiên trong việc chẩn đoán vấn đề tắc nghẽn bên vỏ-là thiết lập đường cơ sởgiảm áp suất sạchở một tốc độ dòng chảy đã biết. Đường cơ sở này phải được ghi lại ngay sau khi lắp đặt mới hoặc sau khi làm sạch kỹ lưỡng. Sau đó, các kết quả đo định kỳ (hàng ngày, hàng tuần hoặc hàng tháng) ở cùng tốc độ dòng chảy được so sánh với đường cơ sở.
Bó ống PTFE sạch không có cặn-ở bên vỏ tạo ra mức giảm áp suất có thể dự đoán được và duy trì ổn định trong nhiều tháng. Mức tăng dần dần, đơn điệu-ví dụ: 5% mỗi tháng-biểu thị rõ ràng sự tích lũy bên-vỏ lũy tiến. Ngược lại, sự tắc nghẽn bên ống-sẽ biểu hiện dưới dạng mức giảm áp suất bên ống-và giảm khả năng truyền nhiệt chứ không phải sự tăng lên bên vỏ{9}}.
Nếu chất lỏng bên{0}}vỏ là nước có tiềm năng hoạt động sinh học thì mức tăng có thể theo mô hình theo mùa (nhanh hơn vào mùa hè). Đối với quá trình trùng hợp, sự gia tăng thường tăng nhanh do cặn tạo ra nhiều diện tích bề mặt hơn cho phản ứng tiếp theo.
Giải pháp: Làm sạch bằng hóa chất và loại bỏ bó
Sau khi xác nhận được sự bám bẩn bên-vỏ, việc làm sạch phải xử lý các bề mặt bên ngoài. Cách tiếp cận phụ thuộc vào thiết kế bộ trao đổi và bản chất của tiền gửi.
Làm sạch bằng hóa chất (Tại{0}}tại chỗ)
Đối với nhiều loại cặn bẩn, việc làm sạch bằng hóa chất có thể được thực hiện mà không cần tháo bó ống. Dung dịch làm sạch được tuần hoàn qua phía vỏ (với phía ống được cách ly hoặc xả riêng). Việc lựa chọn hóa chất phụ thuộc vào cặn:
Trầm tích và quy mô:Các dung dịch axit (ví dụ: HCl loãng, axit citric hoặc axit sulfamic) hòa tan canxi cacbonat, oxit sắt và hầu hết các cặn khoáng. Mặt vỏ phải được thông hơi để giải phóng khí do phản ứng tạo ra.
Polyme hóa và ô nhiễm hữu cơ:Chất tẩy rửa có tính kiềm (ví dụ: natri hydroxit với chất hoạt động bề mặt) hoặc dung môi (ví dụ: toluene, methyl ethyl ketone hoặc chất tẩy nhờn có công thức đặc biệt) phá vỡ các polyme và nhựa hữu cơ. Phải xác minh khả năng tương thích của chất làm sạch với PTFE (xuất sắc) và với vật liệu vỏ (ví dụ: thép cacbon hoặc thép không gỉ).
Bùn sinh học:Natri hypochlorite (chất tẩy), hydro peroxide hoặc các công thức diệt khuẩn (ví dụ, hợp chất amoni bậc bốn) tiêu diệt và phân tán màng sinh học. Sau khi tuần hoàn chất diệt khuẩn, rửa sạch bằng nước sạch sẽ loại bỏ các mảnh vụn.
Chemical cleaning effectiveness depends on achieving turbulent flow velocity (>1 m/s) ở phía vỏ để cọ rửa cặn lắng bị bong ra. Làm nóng dung dịch tẩy rửa (nếu chất trao đổi có thể chịu được) sẽ đẩy nhanh tốc độ phản ứng. Sau khi làm sạch, độ giảm áp suất sẽ trở về gần giá trị cơ bản ban đầu.
Loại bỏ gói để làm sạch cơ khí
Nếu việc làm sạch bằng hóa chất là không đủ,-chẳng hạn như khi cặn bị cacbon hóa nhiều,-thiêu kết cứng hoặc bao gồm các hạt lớn không thể hòa tan thì-cần phải làm sạch cơ học. Điều này chỉ khả thi trong các thiết kế bộ trao đổi trong đó bó ống có thể được tháo ra khỏi vỏ:
Bộ trao đổi đầu nổi(ví dụ: các loại AES, BES hoặc AEP) cho phép bó được kéo theo chiều ngang sau khi tháo nắp đầu nổi.
U{0}}bộ trao đổi ống(loại CFU) cũng cho phép loại bỏ bó.
Bộ trao đổi ống cố định(ví dụ: loại BEM hoặc AEM) làmkhôngcho phép loại bỏ bó; bó được hàn vĩnh viễn vào vỏ. Đối với những trường hợp này, làm sạch bằng hóa chất là lựa chọn duy nhất hoặc phun nước qua các cổng tiếp cận đã khoan nếu có.
Sau khi tháo ra, bạn có thể làm sạch bó này bằng cách sử dụng-tia nước áp suất cao (thường là 500–1500 bar), làm sạch bằng hơi nước hoặc cạo thủ công (mặc dù việc cạo có nguy cơ làm hỏng bề mặt ống PTFE). Sau khi làm sạch, bó ống được kiểm tra xem có dấu hiệu mòn hoặc hư hỏng ống trước khi lắp lại hay không.
Chiến lược phòng ngừa
Để ngăn chặn tình trạng tăng giảm áp suất bên-vỏ tái diễn, ba biện pháp được khuyến nghị:
Lọc chất lỏng bên{0}}vỏ:Lắp bộ lọc hoặc bộ lọc hộp mực vào-đầu vào bên vỏ để loại bỏ các hạt lớn hơn 100–200 μm. Đối với chất rắn mịn, có thể sử dụng bộ lọc rửa ngược hoặc bộ tách lốc xoáy.
Kiểm soát sự tăng trưởng sinh học:Nếu chất lỏng bên-vỏ là nước thì hệ thống phun chất diệt khuẩn (liên tục hoặc không liên tục) sẽ ngăn chặn sự hình thành màng sinh học. Xử lý bằng tia cực tím (UV) là một lựa chọn không{2}}hóa chất khác.
Duy trì vận tốc bên hông-vỏ trên vận tốc bám bẩn tới hạn:Đối với quá trình lắng đọng và tạo cặn sinh học, tốc độ dòng chảy ngang tối thiểu là 0,5–1,0 m/s (tùy thuộc vào kích thước hạt) giúp giữ chất rắn lơ lửng và ngăn ngừa sự bám dính. Tuy nhiên, tốc độ quá cao có thể gây ra hiện tượng rung ống và gây khó chịu-một sự cân bằng thiết kế riêng biệt-.
Đối với các vấn đề về trùng hợp, giải pháp cuối cùng có thể là giảm nhiệt độ vận hành phía-vỏ (nếu quy trình cho phép) hoặc thêm chất ức chế trùng hợp vào chất lỏng.
Giám sát như một công cụ bảo trì
Việc đọc mức giảm áp suất cơ bản khi sạch là điều cần thiết để so sánh. Không có nó, việc tăng dần không thể phân biệt được với hoạt động bình thường. Chúng tôi khuyến nghị rằng khi chạy thử hoặc sau mỗi lần vệ sinh, độ giảm áp suất bên-ở vỏ ở tốc độ dòng thiết kế sẽ được ghi lại và lưu trong hồ sơ bảo trì. Sau đó, việc kiểm tra đơn giản hàng tháng (ví dụ: sử dụng đồng hồ đo áp suất hiện có hoặc bộ truyền áp suất chênh lệch) sẽ đưa ra cảnh báo sớm.
Mức tăng 20–30% so với mức cơ bản là tín hiệu rõ ràng rằng việc vệ sinh nên được lên lịch trong thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch tiếp theo. Chờ cho đến khi áp suất giảm tăng gấp đôi hoặc gấp ba có nguy cơ tạo bọt khí, thiếu dòng chảy và hư hỏng bó ống tiềm ẩn do vận tốc dòng chảy quá cao trong các khoảng trống còn lại.
Phần kết luận
Sự bám bẩn bên vỏ{0}}là nguyên nhân phổ biến gây ra hiện tượng giảm áp suất dần dần trong bộ trao đổi nhiệt PTFE, ngay cả khi bản thân các ống vẫn hoàn toàn sạch sẽ. Các hạt, cặn polyme hóa hoặc chất nhờn sinh học tích tụ bên ngoài ống và trên các vách ngăn, thu hẹp đường dẫn dòng chảy và tăng vận tốc-và do đó giảm áp suất-theo định luật bình phương. Việc theo dõi xu hướng này dựa trên đường cơ sở cho phép lên lịch dọn dẹp trước khi nó trở nên quan trọng. Làm sạch bằng hóa chất (bằng axit, dung môi hoặc chất diệt khuẩn) giải quyết hầu hết cặn bám tại chỗ, trong khi cặn bẩn cứng đầu có thể yêu cầu loại bỏ bó trong thiết kế-đầu hoặc ống chữ U{7}}nổi. Cả hai mặt của bộ trao đổi nhiệt cần phải sạch sẽ để hoạt động tốt; mặt vỏ, thường khuất tầm mắt, đáng được quan tâm như mặt ống. Bằng cách nhận biết dấu hiệu giảm áp suất bên vỏ{10}}bất kể ống sạch, kỹ sư có thể tránh những nỗ lực làm sạch ống sai hướng và giải quyết nguyên nhân thực sự một cách hiệu quả.
