Trubkový výměník tepla s pláštěm z karbidu křemíku

Trubkové výměníky tepla s pláštěm z karbidu křemíku odolného proti korozi jsou určeny k chlazení, kondenzaci, ohřevu a odpařování vysoce korozivních chemikálií. Tyto výměníky tepla, vyrobené z přímo slinutých trubek z karbidu křemíku utěsněných v rozvodných hlavách potažených PFA/FFKM nebo v ocelových rozvodných hlavách, se vyznačují vynikající odolností proti korozi.

Společnost TEMA klasifikuje výměníky tepla podle konfigurace jejich přední pevné hlavy a pláště. Mohou pracovat buď v paralelním, nebo v protiproudém režimu.

Výhody

Trubkový výměník tepla se skládá z trubek z karbidu křemíku uzavřených v plášti z nerezové oceli nebo s PFA výstelkou, přičemž jedna tekutina cirkuluje uvnitř trubek, zatímco druhá proudí kolem nich a skrz samotný plášť, přičemž teplo se přenáší vedením z jedné tekutiny na druhou. Mezi vhodné aplikace pro tento typ výměníku patří chladicí, kondenzační a ohřívací procesy, stejně jako absorpční nebo odpařovací aplikace.

Karbid křemíku vykazuje vynikající odolnost proti korozi a dobře odolává kyselině sírové, kyselině dusičné, kyselině fosforečné, směsím kyselin, kyselině fluorovodíkové a silným zásadám. Díky tomu představuje vynikající náhradu za grafit ve vysoce korozivních prostředích. Kromě toho lze přímo slinutý karbid křemíku (SSiC) snadno svařovat ve srovnání s SiSiC, který obsahuje volný oxid křemičitý, jenž může být napaden chemickými roztoky a vyplaven z výměníku tepla v důsledku chemického působení na volný oxid křemičitý přítomný v infiltrovaném karbidu křemíku (SiSiC).

Trubkové výměníky tepla jsou kompaktnější než deskové výměníky tepla a mají tu výhodu, že je lze snadno otevřít za účelem kontroly, aniž by bylo nutné je demontovat. Výměníky tepla typu SR od společnosti GAB Neumann jsou vybaveny systémem přepážek uložených na otočných čepech, což umožňuje přístup k čištění z obou konců – a zajišťuje tak snadný přístup pro údržbu z obou stran.

Aplikace

Karbid křemíku nachází široké uplatnění v průmyslovém prostředí a představuje ekonomickou alternativu k běžnějším materiálům pro přenos tepla. Díky vynikající odolnosti proti korozi a tepelné vodivosti zajišťuje karbid křemíku delší životnost, nižší náklady na údržbu a vyšší energetickou účinnost.

Výměníky tepla této konstrukce se skládají z uzavřeného svazku trubek, jimiž protéká jedna kapalina, zatímco druhá kapalina proudí kolem nich, přičemž jsou jejich dráhy odděleny a nedochází k přímému kontaktu mezi kapalinami. Turbulence vyvolaná průtokovými přepážkami v plášti a vnitřními turbulátory uvnitř trubek pomáhá zvýšit výkon tím, že eliminuje jakékoli mrtvé zóny v rámci daných procesů.

Keramické trubky se vyznačují hustou strukturou, která přirozeně odolává usazování nečistot, čímž prodlužuje intervaly mezi čištěním a snižuje prostoje. Navíc díky vynikající tepelné vodivosti a nízkému koeficientu tepelné roztažnosti je SiC vynikající volbou pro aplikace s rychlými teplotními výkyvy.

Výměníky tepla Umax se vyznačují hygienickým provedením, které usnadňuje čištění a opravy, aniž by bylo nutné zasahovat do ostatních trubek v sestavě nebo demontovat jednotlivé součásti. To výrazně snižuje prostoje a náklady, přičemž povrch, který je ze své podstaty odolný proti usazování nečistot, lze bez poškození čistit tlakovou vodou nebo chemicky; spolehlivost je dále zvýšena díky dvojitým O-kroužkovým těsněním, která jsou současně použita jak na trubkových deskách, tak na sekundární protidesce.

Design

Trubkové výměníky tepla s pláštěm z karbidu křemíku zajišťují přenos tepla mezi horkými a studenými tekutinami pomocí trubek uložených uvnitř válcového ocelového pláště. Jedním z klíčových požadavků na tyto výměníky tepla je jejich schopnost zvládat velké teplotní rozdíly a vysoké tlaky; přepážky pomáhají řídit proudění, zatímco vnitřní turbulátory zajišťují rovnoměrnou turbulenci na straně trubek, čímž zvyšují účinnost přenosu tepla a zároveň snižují problémy s usazováním nečistot.

Odolnost proti korozi je nedílnou součástí konstrukce trubkových výměníků tepla s pláštěm z karbidu křemíku a tato zařízení se často využívají v chemických či farmaceutických procesech, při nichž se pracují s vysoce korozivními látkami. Aby si zachovala svou schopnost odolávat působení nejrůznějších chemikálií, je na trubkách i plášti často použita výstelka z materiálu F4 nebo PFA.

Díky své kompaktní struktuře jsou keramické trubky z SiC přirozeně odolné proti usazování nečistot ve srovnání s jinými materiály běžně používanými v aplikacích pro přenos tepla, což výrazně prodlužuje dobu provozu mezi údržbovými odstávkami a vede k vyšší produktivitě. Tento typ keramiky se navíc vyznačuje vysokou tepelnou vodivostí, nízkými hodnotami koeficientu tepelné roztažnosti (CTE) a výjimečnou pevností, díky čemuž je prakticky odolný vůči tepelným šokům.

Instalace

Konstrukce trubkového výměníku tepla z karbidu křemíku je do značné míry určena procesními podmínkami, a proto výběr vhodného typu a velikosti zařízení závisí především na faktorech, jako jsou průtok, teplotní rozsah, konstrukční tlakové a teplotní rozsahy, kompatibilita materiálů a problémy s usazováním nečistot, jakož i na mnoha dalších aspektech. Organizace TEMA rovněž upravuje konstrukční řešení těchto zařízení prostřednictvím specifických identifikací a klasifikací různých typů trubkových výměníků tepla.

Tepelné zařízení se obvykle skládá z pláště s krytem kanálu, který je vybaven přepážkami. Vnitřek tohoto kanálu je vyložen trubkovou deskou, na níž jsou umístěny trubky. Každá trubková deska má vlastní upevňovací sedlo vybavené kruhovými souosými sedly, která jsou určena k uchycení koncových částí trubek z karbidu křemíku.

Trubky z karbidu křemíku jsou utěsněny pomocí O-kroužků z perfluoroelastomeru (PFKM), které jsou současně natlačeny na obě trubkové desky, čímž vzniká dvojité těsnění chránící výměník tepla před agresivními chemikáliemi i vysokými teplotami a tlaky. Řada trubkových výměníků SR a blokových výměníků SE společnosti Corresic nabízí širokou škálu řešení pro vysoce korozivní nebo abrazivní průmyslové procesy, včetně ředění koncentrované kyseliny sírové.