كيف يتم إنشاء مبادل حراري من الجرافيت وما هي ميزات التجميع الفريدة الخاصة به؟
ترك رسالة
يتم إنشاء العديد من المبادلات الحرارية الجرافيتية ككتلة واحدة ذات قنوات محفورة، تشبه المشعب الميكانيكي أكثر من كونها حزمة أنبوبية، على عكس تكوين-الهيكل-والأنبوب-المعروف جيدًا. يتمتع هذا الهيكل بمزايا معينة من حيث الاكتناز، ولكنه يقيد أيضًا عملية الإصلاح. في الأنشطة المسببة للتآكل، حيث تكون المساحة في أعلى مستوياتها أو تكون سلامة التسرب أمرًا حيويًا، يلزم معرفة عملية بناء المبادلات الحرارية لكتل الجرافيت لتحديد المعدات المناسبة.
البناء الأساسي: الكتل المحفورة الأسمنتية في متراصة
يبدأ الإجراء بكتل هائلة من الجرافيت غير المنفذ. يتم جعل الجرافيت مقاومًا للتآكل عن طريق تشريب جرافيت الكربون المسامي براتنج الفينول أو الفوران وذلك لإغلاق الجرافيت ضد اختراق السوائل. يتم حفر الكتل بدقة باستخدام مجموعتين من الثقوب المتعامدة، واحدة لسائل المعالجة وواحدة لسائل الخدمة (وسط التسخين أو التبريد). تكون قناتا السوائل بشكل عام متعامدتين مع بعضهما البعض، بزوايا قائمة، ولا تتقاطعان.
يتم بعد ذلك تكديس الكتل الفردية وتثبيتها باستخدام أسمنت راتنجي محدد. يجب أن يكون للأسمنت نفس معامل التمدد الحراري مثل الجرافيت ومقاومة مماثلة للتآكل. تشكل المكدس قلبًا جرافيتيًا متجانسًا بعد التجميع والمعالجة. يتم إنهاء مجموعة الكتل عن طريق الرؤوس (غرف التوزيع) التي يتم تثبيتها بمسامير حتى الأطراف، عادةً باستخدام حشوات، لتوجيه السائل داخل وخارج القنوات المحفورة. يتم بعد ذلك تغليف هذه المجموعة بأكملها بغلاف فولاذي أو تزويدها بأغطية خارجية.
ميزات التجميع الخاصة للمبادلات الجرافيتية
نمطية للتحجيم
طبيعة تصميم الكتلة توفر نمطية. يمكن تكديس عدة كتل أفقيًا أو رأسيًا لتحسين منطقة نقل الحرارة. يمكن استخدام أطوال مختلفة للكتل داخل غلاف واحد، بحيث يمكن تلبية المتطلبات المطلوبة دون الحاجة إلى تصنيع مخصص. تقلل هذه النمطية من مخزون قطع الغيار حيث يمكن، من الناحية النظرية، تغيير الكتلة المعيبة، على الرغم من أنه في الواقع نادرًا ما يتم استبدال الكتلة، خاصة عند النظر في تعقيدات الربط.
الاكتناز الشديد
حجم الكتلة بأكمله عبارة عن سطح نشط لنقل الحرارة - كل سنتيمتر مكعب لديه قنوات متقاطعة، مما يجعل الوحدة مضغوطة للغاية. لا توجد أنابيب أو حواجز أو صفائح أنبوبية لشغل مساحة. قد يستخدم مبادل كتلة الجرافيت مساحة أرضية أقل بنسبة 50-70% من المبادلات ذات الغلاف المعدني-والأنبوب ذات نفس المهمة. يعد هذا الاكتناز مفيدًا بشكل خاص لعمليات التعديل التحديثي أو التثبيت في المنشآت الكيميائية الحالية حيث تكون المساحة أعلى من قيمتها.
إزالة المفاصل بين الأنابيب وصفائح الأنابيب
يعمل تصميم الكتلة على التخلص من الوصلات بين الأنابيب- والصفائح الأنبوبية، وهو سبب شائع للتسربات في المبادلات الحرارية التقليدية. لا توجد نهايات مدرفلة أو ملحومة ميكانيكيًا للأنبوب. يشكل الجرافيت الصلب حاجزًا بين العملية وسوائل الخدمة. يتم استخدام الحشيات بشكل حصري في الرأس-لمنع الوصلات حيث يكون كلا السائلين عند ضغوط تفاضلية متواضعة. وهذا يقلل بشكل كبير من قنوات التسرب المحتملة ويحسن السلامة مع السوائل الخطرة أو السامة.
لا توجد حشوات بين سوائل الخدمة والمعالجة
من سمات السلامة الرئيسية لتصميم الكتلة أن تياري السائل لا يتم فصلهما بواسطة حشوات. كتلة الجرافيت عبارة عن حاجز متجانس مستمر. قد تتسرب حشيات الرأس، ولكن نظرًا لأن حجرات الرأس معزولة، تكون هناك فرصة ضئيلة لتلوث سوائل العملية والخدمة. تعتبر هذه الخاصية ذات قيمة خاصة في التطبيقات التي يؤدي فيها خلط السائلين إلى تفاعلات شديدة أو فقدان المنتج.
القيد الرئيسي هو عدم-قابلية الإصلاح
يمثل البناء الفريد أيضًا قيودًا كبيرة. إذا انكسرت الكتلة من الداخل، نتيجة لصدمة حرارية أو ارتفاع الضغط أو الإجهاد الميكانيكي، فلا يمكن لحامها أو ترقيعها أو ملؤها. لا يمكن الوصول إلى الممرات الداخلية للإصلاح. يجب عليك استبدال الكتلة بأكملها أو مكدس الكتلة بالكامل. في الواقع، يعني هذا بشكل عام التخلي عن المبادل بالكامل، حيث أن استبدال الكتل الفردية يتضمن كسر الوصلات المرتبطة وإعادة ربط الكتل الجديدة، وهو أمر نادرًا ما يكون رخيصًا.
في بعض الخدمات الشديدة، تكون مبادلات الكتل، في الواقع، مكونات قابلة للاستهلاك. تحكم مقاومة درجات الحرارة والتعب الميكانيكي حياتهم. إذا كان من المتوقع حدوث تكسير دوري، فيمكن توفير العديد من وحدات الكتل الأصغر بالتوازي بحيث لا يؤدي فشل واحد إلى إيقاف العملية بأكملها.
مقارنة بين المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب من الجرافيت
يتم أيضًا إنشاء المبادلات الحرارية من الجرافيت في تصميم غلاف-وأنبوبي، باستخدام أنابيب الجرافيت (قطرها عادةً 20-50 مم) وألواح أنابيب الجرافيت. تكشف المقارنة عن المفاضلات:
الميزة: كتلة الجرافيت، الجرافيت، الغلاف والأنبوب
كثافة التدفق الحراريعالية جداً (ضيقة)متوسطة
مسارات التسرب قليلة (لا توجد وصلات أنبوبية) كثيرة (كل وصلة أنبوبية)
قابلية الإصلاح لا شيء (استبدال الكتلة المتشققة =) جيد (يمكن توصيل الأنابيب الفردية أو استبدالها)
الحد الأقصى لضغط التشغيل: أقل (غالبًا 6-10 بار) أعلى (ربما 10-16 بار)
التنظيف/القاذورات، الثقوب المسدودة يصعب تنظيفها، من الممكن التنظيف الميكانيكي للأنابيب
المهام النموذجية التكثيف سوائل أحادية الطور الغلايات والتدفئة والتبريد
تُستخدم مبادلات الكتل في كثير من الأحيان في أنشطة التكثيف والأنشطة السائلة أحادية الطور حيث يتم التحكم في الصدمة الحرارية بشكل فعال. بالنسبة للخدمات التي يكون فيها الانسداد أو التلوث أو تدوير درجة الحرارة أكثر إثارة للقلق، يتم تفضيل أنظمة الجرافيت ذات القشرة والأنبوب حيث يمكن استبدال الأنابيب الفردية.
اعتبارات عملية للمواصفات
عند النظر في بناء مبادل حراري من الجرافيت لمهمة معينة، ينبغي مراعاة المتغيرات التالية:
تردد التدوير الحراري - زيادة تردد التدوير يزيد من خطر التشقق. تحب تصميمات الكتل أن تعمل طوال الوقت.
الضغط العابر - يمكن لارتفاع الضغط المفاجئ (المطرقة المائية) أن يؤدي إلى تحطيم الكتل. يجب أن يكون تصميم الأنابيب وتخفيف الضغط صحيحين.
Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >خطر الانسداد بمقدار 1-2 مم، وهو أمر ليس من السهل أن يتم قصه.
أهمية الخدمة - في عملية قطار واحدة-، حيث يؤدي فشل المبادل إلى توقف الإنتاج، قد يكون من غير المقبول عدم القدرة على إصلاح وحدات الكتل. يوصى بوحدات زائدة عن الحاجة أو نوع آخر من المباني.
خاتمة:
إن المبادل الحراري للجرافيت هو عبارة عن تصميم متخصص عالي الأداء يضحي بإمكانية الإصلاح من أجل الضغط الشديد وطرق التسرب الأقل. يتكون تركيبها من كتل محفورة ومكدسة ومترابطة لتشكل قلبًا متجانسًا، مما يوفر كثافة كبيرة لنقل الحرارة ولا توجد توصيلات أنبوبية-إلى-صفائح الأنابيب. لكن الكتلة المتشققة لا يمكن إصلاحها، بل يجب استبدالها بالكامل. يجب أن يكون أسلوب البناء متسقًا مع فلسفة الصيانة وأهمية الخدمة. تعتبر كتلة الجرافيت حلاً أنيقًا وموفرًا للمساحة للصدمات الحرارية المنخفضة والأنشطة المستمرة والنظيفة أحادية الطور. بالنسبة للخدمات شديدة الخطورة أو المتعلقة بالسلامة-حيث تكون قابلية الإصلاح مهمة، قد تكون المواد الأخرى أو الغلاف-و-الجرافيت الأنبوبي أكثر ملاءمة.
