Hvorfor utvikler PTFE-varmevekslere bypass-lekkasje og hvordan korrigeres det?

Bypass-lekkasje er ikke en lekkasje til det ytre miljøet, men en intern kort-kutt-skall-sidevæske som strømmer rundt rørbunten i stedet for gjennom den. Denne interne bypass er et tap av varmeoverføringsoverflate og en reduksjon i vekslerens effektivitet, men er ikke synlig fra utsiden. Det er viktig å kjenne til rutene og årsakene til problemer med bypass-lekkasje PTFE varmeveksler for å diagnostisere ytelsestap og planlegge vellykkede reparasjoner. Denne artikkelen diskuterer vanlige lekkasjekanaler, årsaker til lekkasje og reparasjonstrinn for å gjenopprette termisk ytelse.

Bypass-lekkasje: Hva er det og hvorfor det betyr noe?
I en skall-og-rørvarmeveksler skal væsken på skall-siden strømme på tvers av rørbunten, rettet av ledeplater. Bypass-lekkasje skjer når noe av væsken ikke berører rørene, fordi den renner nedover en kortere, lavere motstandsbane. Væsken forlater varmeveksleren med en liten eller null temperaturendring, noe som reduserer den totale varmeoverføringshastigheten.

Bypass-lekkasje er skadelig, spesielt for PTFE-varmevekslere som allerede har lavere varmeledningsevne enn metallenheter. Bypass-strømmen på 20 % kan redusere den effektive varmeoverføringskoeffisienten med 25–35 % fordi den forbipassede væsken ikke tar del i varmevekslingen. Problemet er internt og kan ikke oppdages ved ekstern visuell inspeksjon eller trykktesting, kun ved overvåking av termisk ytelse eller intern undersøkelse.

PTFE-varmeveksler Primære bypass-lekkasjeveier
Skall-sidevæsken kan omgå rørbunten på tre forskjellige måter.

1. Bundle-to-Shell Clearance (Annular Bypass)
Det er alltid et mellomrom mellom de ytterste rørene og innerveggen på skallet. Denne ringformede spalten er nødvendig for å sette inn og fjerne rørbunten. Dette gapet fylles i en godt konstruert veksler med tetningsstrimler (noen ganger kalt bypass-tetninger) eller dummyrør som begrenser strømmen. Tetningslistene er ofte flate stålstenger eller PTFE-fylte strimler festet til ledeplatene, som stikker utover og kommer i kontakt med skallveggen.

Når tetningslister mangler, er slitt eller revet, flyter væske på skallsiden lett gjennom det ringformede gapet uten å komme inn i rørbunten. Dette er den store omkjøringsveien.

2. Baffle til skallklaring
Bafflene passer ikke tett i skallet. En liten klaring (vanligvis 1–3 mm) er gitt for å muliggjøre montering og termisk ekspansjon. Væske kan renne over kantene på hver baffel, spesielt toppen og bunnen der ledeplaten kuttes. Lekkasjen i nye vekslere er beskjeden (2-5 % av total mengde). Hvis imidlertid ledeplatene blir skadet, vridd, korrodert eller erodert, vil klaringen øke og bypassstrømmen øke betraktelig.

Vannhammer (damphammer), fremmedlegemer som transporteres i væsken på skallsiden og korrosjon av metallplatekomponenter kan forårsake skade på PTFE-varmevekslerplater (PTFE-rørene i seg selv korroderer ikke, men metallplatene og støtteplatene kan).

3. Rør til Baffle Avstand
Hver baffel har et hull som et PTFE-rør strømmer gjennom. For å tillate bevegelse av det fleksible PTFE-røret og forhindre binding under termisk ekspansjon er det nødvendig med et mellomrom på 0,2 til 0,5 mm. Disse små ringformede hullene kan tillate væske å unnslippe. Lekkasje fra rør til baffel er generelt en liten bidragsyter til bypass i de fleste design (vanligvis<5% of total bypass) due of the pressure drop across each baffle forcing flow down the many tube holes. However, the cumulative effect can be significant in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.

Årsaker til PTFE bypass lekkasje varmevekslere
Intern undersøkelse avslører vanligvis en eller flere av følgende forhold:

Slitt eller manglende værstrikking
Tetningslister festes til ledeplater med skruer, klips eller sveising. Skruer kan løsne over tid, klips kan svikte, eller selve stripene kan korrodere eller degraderes. I visse felt-reparerte bunter kan det hende at forseglingsstrimlene ikke har blitt -installert på nytt etter om-slange. Det er en vanlig oppdagelse at tetningslister bare finnes på noen få av ledeplatene, eller er helt fraværende.

Skadede bafler,
Baffler kan brytes av:

Damphammer – Gjentatte sjokkbølger kan bøye eller knuse metallplater nær røråpningene.

Korrosjon - Stålplater kan tynnes ned og miste form ved etsende bruk (selv med PTFE-rør) .

Mekanisk støt - Baffler kan bøyes under innsetting eller fjerning av bunter hvis de ikke er riktig justert.

Ikke lenger passer tett mot skallet, en bøyd baffel skaper en betydelig klaring. En ødelagt baffel kan mangle deler som vil tillate flyt.

Stor Shell Clearance fra Original Design
Noen av de rimelige-PTFE-varmevekslerne er konstruert med overdreven klaring fra bunt-til-skall for å lette produksjonen. Det kan være et gap på 10 mm eller mer. Tetningslister mangler eller er for små. I disse situasjonene er bypass-lekkasje en designfunksjon og kan ikke elimineres helt uten en større redesign.

Hvordan diagnostisere bypass-lekkasje uten å åpne veksleren
Hvis det er mistanke om bypass-lekkasje:

Varmeoverføringshastigheten, beregnet fra innløps-/utløpstemperaturer og strømningshastigheter, er mye lavere enn designtallet, selv om rørene er rene og det ikke er utvendige lekkasjer.

Trykkfallet på skallsiden er mindre enn historiske målinger ved samme strømningshastighet. Mindre trykkfall betyr at væsken strømmer gjennom en kanal med mindre motstand (bypass).

Temperaturendringen til væsken på skall-siden (ΔT) er ikke som forventet, og utgangstemperaturen på rørets -side er på samme måte utenfor målet.

For det første er det viktig å utelukke alternative forklaringer på dårlig ytelse: begroing, fastklemt ikke-kondenserbart materiale eller lavere strømningshastigheter. Hvis de forsvinner, er det sannsynligvis bypass-lekkasje.

Omgå lekkasje korrigerende handlinger
Riktig reparasjon er avhengig av alvorlighetsgraden og tilgjengeligheten til rørbunten.

1. Bytte ut tetningslister (mest vanlig løsning)
For vekslere med uttakbare rørbunter kan tetningslister settes inn eller fjernes under en planlagt stans. Prosessen er:

Skalldekselet fjernes og rørbunten trekkes ut.

Baffler inspiseres. Fjern rusk og korrosjon fra sporene på eksisterende tetningslist.

Nye tetningslister (ofte PTFE-impregnert stoff, metallfjærstrimler eller solide PTFE-stenger) kuttes til ønsket lengde og monteres i sporene på hver baffel. Strimlene skal stikke ut for å komme i kontakt med innerveggen av skallet med en liten interferenspasning (0,2–0,5 mm kompresjon).

Strimlene holdes på plass med skruer eller ved å skjære kantene på ledeplaten (for metalllister). Noen design holder stripene ved trykket fra skallet mot ledeplaten.

Bunten installeres på nytt og veksleren testes.

Denne reparasjonen gjenoppretter normalt 90-100 % av tapt ytelse hvis ledeplatene ikke er skadet.

2. Reparasjon eller utskifting av baffel
Tetningslister alene kan ikke fikse bafler som er bøyd, knust eller korrodert. Skadede ledeplater bør fikses eller skiftes ut. For PTFE varmevekslere er ledeplatene vanligvis laget av metall (rustfritt stål eller karbonstål) som kan være:

Rettet ut -- Små bend kan skyves flatt i en hydraulisk presse.

Sveisede - sprekker er sveiset opp og slipt glatt. Det utvises forsiktighet for ikke å forvrenge baffelen.

Skiftet – Alvorlig skadede ledeplater kuttes fra bunten og nye ledeplater tres på PTFE-rørene. Dette er en arbeidsintensiv-operasjon, ofte utført under en fullstendig retubling.

Etter baffelreparasjon monteres nye tetningslister.

3. Skal-Justering av sidestrøm (midlertidig reduksjon)
For situasjoner der umiddelbar demontering ikke er mulig, kan driftsjusteringer delvis kompensere for bypass-lekkasje. Ved å øke strømningshastigheten på skallet- øker hastigheten gjennom både rørbunten og bypass-gapene. Fordi trykkfallet øker med kvadratet av hastighet, kan en høyere strømningshastighet forbedre andelen væske som faktisk krysser rørene. Dette løser imidlertid ikke grunnårsaken og øker pumpeenergien. Det anses kun som et midlertidig tiltak.

4. Redesign for alvorlige klareringsproblemer
I vekslere med iboende overdimensjonert skallklaring (dårlig original design), kan ettermontering med tykkere tetningslister eller installering av dummyrør i det ringformede rommet forsøkes. Dummy-rør er korte lengder av PTFE-rør som er plassert i de ytterste rørhullene, men som er forseglet ved rørplatens ender slik at det ikke strømmer væske gjennom dem. De opptar plass og blokkerer bypass. Denne tilnærmingen krever boring av ytterligere hull i ledeplatene og rørplatene og utføres vanligvis av et spesialisert verksted.

Tverrsnittsdiagrambeskrivelse-(tekstrepresentasjon)
Følgende beskrivelse illustrerer bypass-banene i en typisk PTFE-skall-og-rørvarmeveksler sett i et tverrsnitt-:

Den ytre sirkelen representerer skallets indre vegg.

Innvendig representerer en sirkulær rekke små sirkler PTFE-rørene.

Avstanden mellom de ytterste rørsirklene og skallets indre vegg er klaringen fra bunten-til-skall (ringformet bypass-bane). I en godt-utformet veksler stikker tetningsstrimler (avbildet som små rektangler festet til ledeplaten) inn i dette gapet, og berører nesten skallveggen.

En baffel er vist som en horisontal linje som krysser skallets indre, med utskjæringer (baffelvinduet) øverst og nederst. Væske som strømmer rundt ledeplatens kanter-gjennom ledeplaten-til-skallklaringen-vises som piler som passerer mellom ledeplaten og skallveggen.

Små piler mellom individuelle rør og ledeplaten representerer rør-for å-dekke lekkasje.

Tetningslistene blokkerer den ringformede bypass. Når de mangler, indikerer store piler uhindret strømning gjennom det ringformede gapet.

Forebygging av bypass-lekkasje
Bypass-lekkasje forhindres best under design og første montering:

Spesifiser TEMA klasse R eller B konstruksjon – Disse standardene definerer maksimale klaringer og krever tetningslister for skalldiametre over en viss størrelse.

Bruk doble tetningslister – To rader med tetningslister per ledeplate gir redundans.

Inspiser tetningslister under omrøring – Eventuelle manglende eller skadede strimler erstattes før montering.

Unngå vannhammer – Som diskutert i relaterte veiledninger, skader damphammere ledeplater og løsner tetningsstrimmelfester.

En periodisk innvendig inspeksjon (hvert 3.–5. år) bør omfatte kontroll av tetningslistenes tetthet og tilstanden til ledeplatene. Hvis det er mistanke om bypasslekkasje tidligere, kan en trykkfallstest ved kjent strømningshastighet sammenlignes med baselinedata.

Konklusjon
Bypass-lekkasje er et design- og vedlikeholdsproblem som forringer PTFE-varmevekslerens ytelse lydløst. De primære banene er bunt-til-skallklaring (ringformet bypass) og avstand-til-skall. Manglende eller slitte tetningslister og skadede skjermer er de vanligste årsakene. Intern inspeksjon avdekker ofte disse problemene. Korrigerende handlinger inkluderer utskifting av tetningsstrimler, reparasjon eller utskifting av skadede ledeplater, og, som et midlertidig tiltak, øke sideflyten til skallet-. For alvorlige klaringsproblemer kan dummyrør eller redesign være nødvendig. Et problem med PTFE-varmeveksler med bypasslekkasje kan redusere varmeoverføringen med 10–30 %, men de fleste tilfeller kan korrigeres fullt ut under et planlagt strømbrudd. Riktig fabrikasjon med tilstrekkelige tetningslister og periodisk intern inspeksjon bevarer termisk effektivitet og forlenger levetiden.