نشتی بای پس نشتی به محیط بیرون نیست، بلکه یک میانبر داخلی-پوسته-سیال جانبی است که به جای عبور از آن در اطراف بسته لوله جریان دارد. این بای پس داخلی سطح انتقال حرارت را هدر می دهد و کارایی مبدل را کاهش می دهد، اما از بیرون نامرئی می ماند. شناخت مسیرها و عللنشت دور زدن مبدل حرارتی PTFEمسائل برای تشخیص افت عملکرد و برنامه ریزی تعمیرات موثر ضروری است. این راهنما مسیرهای رایج نشتی، علل آنها و اقدامات اصلاحی را که عملکرد حرارتی را بازیابی می کند، شرح می دهد.
نشتی بای پس چیست و چرا اهمیت دارد؟
در یک مبدل حرارتی-و-لولهای، سیال جانبی پوسته{2}}در نظر گرفته شده است که در سراسر بسته لوله جریان یابد و توسط بافل هدایت میشود. نشت بای پس زمانی رخ می دهد که بخشی از آن مایع با طی کردن مسیر مقاومت کوتاه تر و کمتری از تماس با لوله ها جلوگیری کند. سیال با تغییر دما کم یا بدون تغییر از مبدل خارج می شود و نرخ کلی انتقال حرارت را کاهش می دهد.
برای مبدل های حرارتی PTFE که در حال حاضر رسانایی حرارتی کمتری نسبت به واحدهای فلزی دارند، نشت بای پس به ویژه آسیب رسان است. جریان بای پس 20% می تواند ضریب انتقال حرارت موثر را 25 تا 35% کاهش دهد زیرا سیال بای پس در تبادل حرارت شرکت نمی کند. مشکل داخلی است و با بازرسی بصری خارجی یا آزمایش فشار{5}تنها از طریق نظارت بر عملکرد حرارتی یا بررسی داخلی قابل تشخیص نیست.
مسیرهای نشتی بای پس اولیه در مبدل های حرارتی PTFE
سه مسیر مجزا به سیال{0}}شل اجازه میدهد تا بستهبندی لوله را دور بزند.
1. بسته-به-ترخیص پوسته (بای پس حلقوی)
همیشه یک شکاف بین بیرونی ترین لوله ها و دیواره داخلی پوسته وجود دارد. این فضای حلقوی برای اجازه دادن به بسته نرم افزاری لوله لازم است تا وارد و خارج شود. در یک مبدل{2}}که به خوبی طراحی شده است، نوارهای آب بندی (که به آنها سیل های بای پس نیز گفته می شود) یا لوله های ساختگی در این شکاف نصب می شوند تا جریان را مسدود کنند. نوارهای آب بندی معمولاً میله های فلزی مسطح یا نوارهای پر شده از PTFE{4}} هستند که به بافل ها متصل می شوند و برای تماس با دیواره پوسته به سمت بیرون کشیده می شوند.
هنگامی که نوارهای آب بندی از بین رفته، فرسوده یا شکسته می شوند، سیال پوسته{0}}در شکاف حلقوی آزادانه بدون عبور از بسته لوله جریان می یابد. این مهم ترین مسیر دور زدن است.
2. بافل-به-ترخیص پوسته
بافل ها در داخل پوسته مناسب نیستند. یک فاصله کوچک (معمولاً 1-3 میلی متر) وجود دارد تا امکان مونتاژ و انبساط حرارتی را فراهم کند. مایع می تواند در اطراف لبه های هر بافل، به ویژه در بالا و پایین جایی که برش بافل قرار دارد، نشت کند. در مبدل های جدید، این نشتی جزئی است (2-5٪ از کل جریان). با این حال، اگر بافل ها آسیب ببینند-خم شده، خورده یا فرسوده شوند- فاصله افزایش می یابد و جریان بای پس به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
آسیب به بافل های مبدل حرارتی PTFE می تواند ناشی از چکش آب (چکش بخار)، اجسام خارجی حمل شده در پوسته{0}مایع جانبی، یا خوردگی اجزای بافل فلزی باشد (لوله های PTFE خود خورده نمی شوند، اما بافل های فلزی و صفحات نگهدارنده ممکن است خورده شوند).
3. لوله-به-پاکسازی بافل
هر لوله PTFE از سوراخی در هر بافل عبور می کند. فاصله 0.2-0.5 میلی متر برای اجازه دادن به لوله PTFE انعطاف پذیر برای حرکت و جلوگیری از اتصال در طول انبساط حرارتی مورد نیاز است. مایع می تواند از این شکاف های حلقوی کوچک نشت کند. در اکثر طرح ها، نشتی لوله-به-بافل نسبتاً کوچک است (معمولا<5% of total bypass) because the pressure drop across each baffle drives flow through the many tube holes, but the cumulative effect can be noticeable in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.
علل نشت Bypass در مبدل های حرارتی PTFE
بازرسی داخلی اغلب یک یا چند مورد از شرایط زیر را نشان می دهد:
نوارهای آب بندی مفقود یا فرسوده
نوارهای آب بندی توسط پیچ، گیره یا جوش به بافل ها متصل می شوند. با گذشت زمان، پیچ ها می توانند شل شوند، گیره ها می توانند بشکنند، یا خود نوارها ممکن است دچار خوردگی یا فرسایش شوند. در برخی از بستههای{2}}تعمیری فیلد، ممکن است نوارهای آببندی پس از لولهگذاری مجدد نصب نشده باشند. یک یافته رایج این است که نوارهای آب بندی تنها روی چند بافل وجود دارد یا کاملاً وجود ندارد.
بافل های آسیب دیده
بافل ها ممکن است در موارد زیر آسیب ببینند:
چکش بخار- امواج ضربه ای مکرر می تواند حفره های فلزی را خم کند یا شکاف دهد، به خصوص در نزدیکی سوراخ های لوله.
خوردگی- بافل های فولادی در سرویس خورنده (حتی با لوله های PTFE) می توانند نازک شوند و شکل خود را از دست بدهند.
ضربه مکانیکی- در حین جاگذاری یا برداشتن بسته نرم افزاری، اگر به درستی تراز نشده باشند، بافل ها ممکن است خم شوند.
یک بافل خم شده دیگر به خوبی روی پوسته قرار نمی گیرد و فاصله زیادی ایجاد می کند. یک بافل ترک خورده ممکن است بخش هایی از دست داده باشد که جریان را امکان پذیر می کند.
پاکسازی پوسته بزرگ از طراحی اصلی
برخی از مبدلهای حرارتی PTFE ارزان-با فاصلههای بیش از حد بسته-به-پوسته ساخته شدهاند تا ساخت را سادهتر کنند. ممکن است فاصله 10 میلی متر یا بیشتر وجود داشته باشد و نوارهای آب بندی یا حذف شده باشند یا اندازه آنها کم باشد. در چنین مواردی، نشتی بای پس ذاتی طراحی است و بدون تغییر عمده نمی توان آن را به طور کامل اصلاح کرد.
تشخیص نشتی بای پس بدون باز کردن مبدل
نشتی بای پس زمانی مشکوک است که:
نرخ انتقال حرارت اندازه گیری شده (محاسبه شده از دماهای ورودی/خروجی و نرخ جریان) به طور قابل توجهی کمتر از مقدار طراحی شده است، با وجود لوله های تمیز و بدون نشتی خارجی.
افت فشار جانبی پوسته{0}}از مقادیر تاریخی برای همان سرعت جریان کمتر است. کاهش افت فشار نشان می دهد که سیال مسیر مقاومت کمتری را طی می کند (بای پس).
تغییر دمای پوسته-سیال جانبی (ΔT) کمتر از حد انتظار است، در حالی که دمای خروجی سمت لوله نیز خارج از هدف است.
مهم است که ابتدا دلایل دیگر عملکرد ضعیف را رد کنید: رسوب گیری، ذرات غیر قابل تراکم{0}} یا کاهش نرخ جریان. اگر آنها حذف شوند، نشت بای پس مقصر احتمالی است.
اقدامات اصلاحی برای نشت بای پس
تعمیر مناسب به شدت و در دسترس بودن باندل لوله بستگی دارد.
1. تعویض نوارهای آب بندی (متداول ترین راه حل)
برای مبدلهای با بستههای لوله قابل جابجایی، نوارهای آببندی را میتوان در طول یک قطع برنامهریزی شده نصب یا جایگزین کرد. رویه:
پوشش پوسته برداشته می شود و بسته نرم افزاری لوله خارج می شود.
بافل ها بررسی می شوند. شیارهای نوار آب بندی موجود از مواد زائد و خوردگی پاک می شوند.
نوارهای آب بندی جدید (معمولاً پارچه آغشته به PTFE-، نوارهای فنر فلزی، یا میله های جامد PTFE) به طول بریده و در شیارهای هر بافل وارد می شوند. نوارها باید به سمت بیرون کشیده شوند تا با دیواره داخلی پوسته با تداخل خفیف تماس داشته باشند (فشردهی 0.2-0.5 میلی متر).
نوارها با پیچ یا با سوراخ کردن لبه های بافل (برای نوارهای فلزی) محکم می شوند. در برخی از طرح ها، نوارها با فشار پوسته در برابر بافل نگه داشته می شوند.
بسته نرم افزاری دوباره نصب می شود و مبدل تست می شود.
این تعمیر معمولاً 90 تا 100 درصد عملکرد از دست رفته را در صورتی که خود بافل ها آسیب نبینند، بازیابی می کند.
2. تعمیر یا تعویض بافل
اگر بافل ها خمیده، ترک خورده یا خورده باشند، نوارهای آب بندی به تنهایی مسیر عبوری را ثابت نمی کنند. بافل های آسیب دیده باید تعمیر یا تعویض شوند. برای مبدل های حرارتی PTFE، بافل ها معمولاً فلزی (فولاد ضد زنگ یا فولاد کربنی) هستند و می توانند:
صاف شد- خم های جزئی را می توان به صورت صاف در پرس هیدرولیک فشار داد.
جوش داده شده- ترک ها جوش داده شده و زمین صاف می شوند. مراقب باشید که بافل دچار اعوجاج نشود.
جایگزین شد- بافل های آسیب دیده شدید از بسته بریده می شوند و بافل های جدید روی لوله های PTFE رزوه می شوند. این یک عمل فشرده-کار است که اغلب در حین لولهکشی کامل انجام میشود.
پس از تعمیر بافل، نوارهای آب بندی جدید نصب می شود.
3. پوسته{1}}تنظیم جریان جانبی (کاهش موقت)
برای شرایطی که جداسازی فوری امکانپذیر نیست، تنظیمات عملیاتی میتواند تا حدی نشت بای پس را جبران کند. افزایش سرعت جریان پوسته{1}}سرعت را از طریق بسته لوله و شکاف های بای پس افزایش می دهد. از آنجایی که افت فشار با مجذور سرعت افزایش مییابد، سرعت جریان بالاتر ممکن است نسبت سیالی را که در واقع از لولهها عبور میکند، بهبود بخشد. با این حال، این علت اصلی را برطرف نمی کند و انرژی پمپاژ را افزایش می دهد. این فقط یک اقدام موقت در نظر گرفته می شود.
4. طراحی مجدد برای مشکلات شدید ترخیص کالا
در مبدلهایی با فضای خالی پوستهای بزرگ (طراحی اولیه ضعیف)، میتوان با نوارهای آببندی ضخیمتر یا نصب لولههای ساختگی در فضای حلقوی، مقاومسازی را انجام داد. لولههای ساختگی طولهای کوتاهی از لولههای PTFE هستند که در بیرونیترین سوراخهای لوله قرار میگیرند، اما در انتهای صفحه لوله مهر و موم شدهاند تا هیچ سیالی از آنها عبور نکند. آنها فضا را اشغال می کنند و مسیرهای عبوری را مسدود می کنند. این روش مستلزم حفاری سوراخ های اضافی در بافل ها و صفحات لوله است و معمولاً توسط یک تعمیرگاه تخصصی انجام می شود.
توصیف نمودار مقطعی- (نمایش متن)
شرح زیر مسیرهای بای پس را در یک پوسته PTFE معمولی-و-مبدل حرارتی لوله که در یک مقطع عرضی مشاهده میشود نشان میدهد:
دایره بیرونی نمایانگر دیواره داخلی پوسته است.
در داخل، یک آرایه دایره ای از دایره های کوچک نشان دهنده لوله های PTFE است.
شکاف بین بیرونیترین دایرههای لوله و دیواره داخلی پوسته، فاصله بستهای-به-پوسته (مسیر بای پس حلقوی) است. در یک مبدل{3}}که به خوبی طراحی شده است، نوارهای آب بندی (که به صورت مستطیل های کوچک متصل به بافل به تصویر کشیده شده اند) به داخل این شکاف بیرون زده و تقریباً دیواره پوسته را لمس می کند.
یک بافل به صورت یک خط افقی که از داخل پوسته عبور می کند، با بریدگی (پنجره بافل) در بالا و پایین نشان داده می شود. مایعی که در اطراف لبههای بافل جریان دارد-از طریق بافل-تا-خلاصه پوسته-بهعنوان فلشهایی که بین نوک بافل و دیواره پوسته عبور میکنند نشان داده میشود.
فلش های کوچک بین لوله های مجزا و بافل نشان دهنده نشت لوله-به-بافل است.
نوارهای آب بندی مسیر بای پس حلقوی را مسدود می کنند. در صورت عدم وجود، فلش های بزرگ نشان دهنده جریان بدون مانع از شکاف حلقوی است.
جلوگیری از نشت بای پس
در هنگام طراحی و مونتاژ اولیه بهتر است از نشت بای پس جلوگیری شود:
ساختار TEMA کلاس R یا B را مشخص کنید- این استانداردها حداکثر فاصله ها را تعریف می کنند و نیاز به نوارهای آب بندی برای قطر پوسته بالاتر از اندازه معین دارند.
از نوارهای آب بندی دوتایی استفاده کنید- دو ردیف نوار آب بندی در هر بافل باعث ایجاد افزونگی می شود.
نوارهای آب بندی را در طول لوله گذاری مجدد بررسی کنید- هر گونه نوار مفقود یا آسیب دیده قبل از مونتاژ مجدد تعویض می شود.
از چکش آب خودداری کنید- همانطور که در راهنماهای مربوطه بحث شده است، چکش بخار به بافل ها آسیب می رساند و اتصالات نوار آب بندی را شل می کند.
یک بازرسی داخلی دوره ای (هر 3 تا 5 سال) باید شامل بررسی سفتی نوارهای آب بندی و وضعیت بافل ها باشد. اگر زودتر به نشتی بای پس مشکوک شد، آزمایش افت فشار با نرخ جریان شناخته شده را می توان با داده های پایه مقایسه کرد.
نتیجه گیری
نشتی بای پس یک مسئله طراحی و نگهداری است که عملکرد مبدل حرارتی PTFE را بی صدا کاهش می دهد. مسیرهای اولیه بستهای-به-ترخیص پوسته (بای پس حلقوی) و بافل-به-ترخیص پوسته هستند. فقدان یا فرسودگی نوارهای آب بندی و بافل های آسیب دیده شایع ترین دلایل هستند. بازرسی داخلی اغلب این مشکلات را آشکار می کند. اقدامات اصلاحی شامل تعویض نوارهای آب بندی، تعمیر یا جایگزینی بافل های آسیب دیده، و به عنوان یک اقدام موقت، افزایش جریان جانبی پوسته{8}}. برای مشکلات شدید ترخیص، ممکن است به لوله های ساختگی یا طراحی مجدد نیاز باشد. الفنشت دور زدن مبدل حرارتی PTFEمشکل می تواند انتقال حرارت را 10 تا 30 درصد کاهش دهد، اما اکثر موارد در طول یک قطع برنامه ریزی شده کاملاً قابل اصلاح هستند. ساخت مناسب با نوارهای آب بندی کافی و بازرسی داخلی دوره ای باعث حفظ راندمان حرارتی و افزایش طول عمر می شود.
