Bộ trao đổi nhiệt PTFE kiểu Bayonet{0}} khác với các thiết kế tấm ống cố định thông thường như thế nào?

Hầu hết các bộ trao đổi vỏ và ống đều có ống gắn ở cả hai đầu. Một bộ trao đổi lưỡi lê xoay cái này trên đầu của nó: các ống chỉ được cố định ở một đầu, đầu còn lại có thể trượt tự do trong một vỏ bọc bên ngoài kín. Thiết kế đơn giản này khắc phục được hai-mối lo ngại lâu dài là áp lực về nhiệt và khả năng bảo trì. Bố trí lưỡi lê là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các ứng dụng xử lý hóa học và hoàn thiện bề mặt đòi hỏi khắt khe liên quan đến bộ trao đổi nhiệt PTFE, nơi hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cao của vật liệu khiến các giải pháp mâm ống cố định trở nên rắc rối.

Cấu trúc lưỡi lê (Giải thích)
Tên của bộ trao đổi nhiệt PTFE kiểu lưỡi lê bắt nguồn từ sự xuất hiện của bóng đèn kiểu lưỡi lê-hoặc khớp nối ống, trong đó một bộ phận được lắp vào bộ phận khác và được cố định tại một điểm duy nhất. Ống lưỡi lê được tạo thành từ hai ống đồng tâm, ống bên trong và ống bên ngoài, được bịt kín ở đầu xa theo thuật ngữ trao đổi nhiệt. Bộ phận này được đặt bên trong vỏ (hoặc đặt thẳng vào thùng chứa) và chỉ được cố định ở đầu vào/ra-thường ở tấm ống hoặc mặt bích. Đầu kia của thanh có thể dãn nở và co lại vì nhiệt.

Với cấu hình lưỡi lê, tuyến chất lỏng thường có cấu trúc như sau:

Chất lỏng dịch vụ (hơi nước, nước nóng hoặc chất làm mát) được cung cấp qua ống bên trong và chảy đến đầu bịt kín.

Chất lỏng được quay vòng ở đầu bịt kín và chảy ngược lại vào khu vực hình khuyên giữa ống trong và ống ngoài.

Nhiệt được truyền đến chất lỏng xử lý ở phía vỏ (hoặc phía bể) thông qua thành ống ngoài.

Chất lỏng sau đó sẽ đi qua không gian hình khuyên, đi ra cùng một đầu mà nó đi vào.

Kênh luồng "vào{0}}và-ra" cho biết rằng cả đầu nối dòng vào và dòng ra đều nằm trên cùng một đầu của bộ trao đổi. Đầu tự do của ống lưỡi lê được tự do ngoại trừ phần bịt kín và có thể tự do di chuyển theo chiều dọc.

Sự khác biệt chính với thiết kế ống cố định truyền thống
Trong bộ trao đổi nhiệt PTFE dạng ống cố định truyền thống, các ống được cố định ở cả hai đầu, với một tấm ống ở đầu vào và đầu kia ở đầu ra. Bó ống là một phần không thể thiếu của vỏ và các vòi phun bên-của vỏ được hàn vào vỏ. Hành vi cơ học và dễ bảo trì là khá khác nhau.

Chỗ ở căng thẳng nhiệt
Ngoài ra, độ giãn nở của PTFE lớn hơn thép từ 10 đến 20 lần (120 đến 150 × 10−6/độ so với 11 × 10−6/độ). Trong thiết kế tấm ống cố định, một ống PTFE dài 2 m được gia nhiệt từ 20 độ đến 100 độ sẽ giãn ra khoảng 12–15 mm. Cả hai đầu đều được cố định, do đó sự giãn nở này tạo ra lực nén có thể làm biến dạng ống PTFE hoặc làm hỏng các khớp nối của tấm ống. Để tránh điều này, bộ trao đổi PTFE dạng ống cố định sẽ cần:

Đầu nổi (cho phép một tấm ống di chuyển) hoặc

Khe co giãn trong vỏ; cách khác,

Chiều dài ống rất ngắn (hạn chế công suất của bộ trao đổi)

Mỗi tùy chọn này đều tăng thêm chi phí, độ phức tạp và các vị trí rò rỉ có thể xảy ra.

Mặt khác, bộ trao đổi nhiệt PTFE kiểu lưỡi lê về bản chất có khả năng chịu được sự giãn nở nhiệt. Đầu tự do của ống lưỡi lê trượt theo trục trong vỏ hoặc vỏ bọc bên ngoài khi PTFE giãn nở và co lại. Loại bỏ nhu cầu về khe co giãn, đầu nổi hoặc vật liệu phù hợp độc đáo. Dạng lưỡi lê đặc biệt hấp dẫn đối với các ứng dụng liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ lớn hoặc chu kỳ nhiệt thường xuyên.

Quyền truy cập bảo trì và khả năng tháo rời các gói
Thiết kế lưỡi lê có ưu điểm cơ học lớn là toàn bộ bó ống có thể được tháo ra khỏi bộ trao đổi mà không làm gián đoạn đường ống-bên vỏ. Bó được đặt vào vỏ ở một đầu và được giữ cố định bằng một mặt bích hoặc tấm ống. Để tháo gói để làm sạch, kiểm tra hoặc thay thế:

Đường ống vào/ra ở phía ống bị ngắt kết nối.

Tháo các bu lông mặt bích của bó.

Bó được lấy ra khỏi vỏ theo hướng trục.

Vỏ ở đúng vị trí và tất cả đường ống -bên vỏ (bao gồm vòi phun, miếng đệm và đầu nối) còn nguyên vẹn.

Trong thiết kế tấm ống cố định, việc tháo bó ống phức tạp hơn nhiều. Hai đầu của vỏ phải được mở và có thể phải ngắt kết nối các đầu phun bên vỏ hoặc tháo toàn bộ bộ trao đổi nhiệt ra khỏi đường dây. Đây có thể là một dự án lớn dành cho các bộ trao đổi lớn ở những địa điểm xử lý bận rộn.

Đối với các dịch vụ cần vệ sinh thường xuyên (ví dụ: bồn tắm hoàn thiện bề mặt dễ bị bám bẩn), việc dễ dàng tháo bó trong bộ trao đổi lưỡi lê là một lợi thế quyết định. Một bó lưỡi lê chỉ mất vài giờ để rút ra, làm sạch và lắp lại; một gói ống cố định có thể có nghĩa là phải ngừng hoạt động cả ngày hoặc hơn.

Các vấn đề về nhiệt với hiệu suất
Thiết kế lưỡi lê có sự cân bằng-hiệu suất tản nhiệt. Đường dẫn dòng hình khuyên (chất lỏng chảy trong ống bên trong và quay trở lại hình khuyên) tạo ra hiệu ứng đường ống-kép. Có hai lý do tại sao hệ số truyền nhiệt tổng thể thấp hơn một chút so với thiết kế tấm ống cố định ngược dòng tương đương:

Giảm chênh lệch nhiệt độ hiệu dụng - Kiểu dòng chảy không phải là dòng chảy ngược thuần túy mà là hỗn hợp của dòng chảy ngược và dòng song song, làm giảm chênh lệch nhiệt độ trung bình log (LMTD).

Vận tốc thấp hơn ở phía hình khuyên - Với cùng một tốc độ dòng chảy tổng thể, khe hở hình khuyên có thể có vận tốc thấp hơn so với một ống đơn và điều này ảnh hưởng đến hệ số màng.

Tuy nhiên, mức giảm này thường nhỏ (10-20%) và thường bị cản trở bởi khả năng sử dụng các ống dài hơn (vì sự giãn nở nhiệt không phải là yếu tố hạn chế) và hoạt động ở vận tốc phía vỏ lớn hơn. Trong nhiều ứng dụng hoàn thiện bề mặt, lợi thế về khả năng sử dụng lớn hơn rất nhiều so với nhược điểm nhỏ về hiệu quả.

Vật liệu & Xây dựng
Bộ trao đổi lưỡi lê rất phổ biến trong kết cấu than chì và PTFE vì chúng giòn hoặc bị rão khi chịu ứng suất và những vật liệu này có độ giãn nở nhiệt đáng kể. Thiết kế lưỡi lê phù hợp với đặc tính của vật liệu chứ không phải chống lại chúng.

Trong bộ trao đổi lưỡi lê PTFE, ống bên trong và bên ngoài thường được sản xuất từ ​​PTFE hoặc PFA (perfluoroalkoxy). Đầu bịt kín được chế tạo bằng cách hàn hoặc nung nóng hai ống lại với nhau. Đầu tự do mở và ống bên trong đi qua tấm ống hoặc ống nối. Ống bên ngoài được bịt kín với tấm ống bằng miếng đệm PTFE hoặc vòng chữ O{3}} cho phép trượt dọc trục và ngăn chặn rò rỉ.

Cần lưu ý đầu tự do của ống lưỡi lê phải được giữ chặt để tránh rung. Trong các ống lưỡi lê dài (ví dụ:. 3-5 m), các vòng đỡ hoặc vách ngăn trung gian được sử dụng bên trong vỏ để dẫn hướng ống bên ngoài mà không cản trở chuyển động dọc trục. Nếu không có sự hỗ trợ này, sự rung động do dòng chảy{4}} gây ra có thể tạo ra sự mài mòn và hư hỏng sớm.

Bảng so sánh: Bộ trao đổi PTFE dạng lưỡi lê và cố định Tính năng trao đổi PTFE kiểu lưỡi lê Bộ trao đổi PTFE dạng tấm cố định Cố định ống Một đầu cố định, đầu còn lại tự do di chuyển Cả hai đầu được gắn vào tấm ống
Chỗ ở giãn nở nhiệt Vốn có – các thanh trượt cuối tự do; không cần khe co giãn Yêu cầu đầu nổi, khe co giãn hoặc ống cực ngắn
Khả năng tháo rời bó Dễ dàng kéo bó từ một đầu mà không làm gián đoạn đường ống vỏ Khó tháo rời cả hai đầu Thường liên quan đến việc tháo bộ trao đổi nhiệt khỏi đường dây
Đầu phun trong ShellCó thể vẫn được gắn trong khi tháo bó Bộ trao đổi phải được tháo ra hoặc di chuyển
Kết nối bên ốngĐầu vào và đầu ra ở cùng một đầu Đầu vào và đầu ra ở hai đầu đối diện (nói chung)
Đường dẫn dòng chảy Vào và ra thông qua các ống đồng tâm (hiệu ứng-ống kép)Đi thẳng (một lượt) hoặc nhiều-lối với nắp đậy quay trở lại
Hiệu suất nhiệt Giảm nhẹ (hệ số hiệu chỉnh LMTD 0,85–0,95) Cao hơn (có thể nhận được dòng chảy ngược thực)
Tối đa trung bình Chiều dài ống Ứng suất nhiệt hạn chế xử lý và rung Bị giới hạn bởi sự giãn nở nhiệt (thường là 1,5–2,5 m đối với PTFE không có khe co giãn)
Dung sai bám bẩn Tốt, bó có thể tháo rời để làm sạch Công bằng – việc vệ sinh mất thêm thời gian khi không hoạt động
Giá cho các thiết bị nhỏ.Tấm đơn - vừa phải, không có khe co giãn Thấp hơn - Lắp ráp dễ dàng hơn cho các ống ngắn
Chi phí cho các thiết bị lớn/dài Thấp hơn – không cần khe co giãn tốn kém Cao hơn – đầu nổi hoặc khe co giãn làm tăng chi phí
Sử dụng thực tế cho bộ trao đổi nhiệt Bayonet PTFE
Trong xử lý hóa chất và hoàn thiện bề mặt thiết kế lưỡi lê được ưa chuộng cho một số trường hợp chuyên biệt:

Chu kỳ nhiệt khắc nghiệt - Quy trình hàng loạt với một số chu kỳ làm nóng và làm mát của bộ trao đổi nhiệt mỗi ngày. Các ống lưỡi lê trượt-tự do cho phép đạp xe mà không bị căng thẳng.

Dịch vụ làm bẩn - Bồn tắm để lại cặn, bùn hoặc lớp phủ hữu cơ trên bề mặt truyền nhiệt. Điều quan trọng là có thể kéo bó ra để làm sạch cơ học hoặc hóa học theo lịch trình thường xuyên.

Môi trường axit mạnh cần PTFE - PTFE trơ về mặt hóa học và được chỉ định cho các axit mạnh (ví dụ: hydrochloric, sulphuric, hydrofluoric). Thiết kế lưỡi lê làm giảm số lượng vòng đệm và các điểm rò rỉ tiềm ẩn ở phía ống.

Không gian tiếp cận hạn chế - Khi bộ trao đổi nhiệt cần được lắp đặt trong hố, dựa vào tường hoặc tại vị trí không thể tiếp cận được cả hai đầu. Bộ trao đổi lưỡi lê chỉ được bảo dưỡng ở một đầu.

Lắp đặt thêm trang bị thêm - Thay thế bộ trao đổi khung ống cố định hiện có có vấn đề mỏi nhiệt Nguyên nhân cốt lõi của những hỏng hóc đó đã được loại bỏ nhờ thiết kế lưỡi lê.

Ngược lại, các hệ thống tấm ống cố định vẫn cạnh tranh về:

Bộ trao đổi nhiệt nhỏ, ngắn (chiều dài ống < 1,5 m) khi độ giãn nở nhiệt không phải là vấn đề.

Các ứng dụng không có chu trình nhiệt. Chất lỏng rất tinh khiết.

Khi cần có dòng chảy ngược thuần túy để tối đa hóa LMTD (ví dụ: thu hồi nhiệt bằng cách tiếp cận nhiệt độ gần).

Các dự án có hạn chế về ngân sách trong đó chi phí trả trước thấp nhất là động lực chính.

Những cân nhắc về lắp đặt và vận hành
Có một số khía cạnh thực tế cần được tính đến khi chỉ định bộ trao đổi nhiệt PTFE kiểu lưỡi lê.

Hỗ trợ đầu tự do Đầu tự do của ống lưỡi lê phải được đỡ nhưng không được cố định quá chặt. Ngăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại-với-PTFE thông qua ống bọc PTFE hoặc vòng ma sát-thấp.

Thiết kế vòng đệm - Vòng đệm trượt để đưa ống ngoài vào trong mâm ống phải cho phép chuyển động dọc trục mà không bị rò rỉ. Phổ biến là vòng đệm kín PTFE hoặc vòng chữ O{2}}có bộ cấp nguồn bằng lò xo.

Phân phối dòng chảy - Đảm bảo rằng khe hở hình khuyên đủ lớn để tránh giảm áp suất quá mức. Khoảng cách thường là 2-5 mm, tùy thuộc vào đường kính ống và tốc độ dòng chảy.

Độ rung của ống - Các vách ngăn hoặc tấm đỡ phải được đặt cách nhau 0,5–1,0 mét để tránh rung-do xoáy. Các giá đỡ phải cho phép trượt dọc trục.

Cũng lưu ý rằng bộ trao đổi lưỡi lê có thể được lắp đặt với số lượng lớn trong một lớp vỏ duy nhất. Thiết kế nhiều{1} lưỡi lê sử dụng nhiều ống lưỡi lê song song, tất cả đều được gắn chặt vào cùng một tấm ống. Sự sắp xếp này mang lại một diện tích lớn để truyền nhiệt và chỉ có thể tiếp cận để bảo trì từ một đầu.

Phần kết luận