Εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα καρβιδίου πυριτίου

Οι ανθεκτικοί στη διάβρωση εναλλάκτες θερμότητας με κέλυφος και σωλήνες από καρβίδιο πυριτίου έχουν σχεδιαστεί για ψύξη, συμπύκνωση, θέρμανση και εξάτμιση ιδιαίτερα διαβρωτικών χημικών ουσιών. Κατασκευασμένοι με σωλήνες καρβιδίου πυριτίου που έχουν υποστεί απευθείας πυροσυσσωμάτωση και είναι σφραγισμένοι σε κεφαλές F4 με επένδυση PFA/FFKM ή σε χαλύβδινες κεφαλές, αυτοί οι εναλλάκτες θερμότητας διαθέτουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.

Η TEMA ταξινομεί τους εναλλάκτες θερμότητας με βάση τις διαμορφώσεις της σταθερής κεφαλής και του κελύφους στο μπροστινό άκρο. Μπορούν να λειτουργούν είτε με παράλληλη είτε με αντίθετη ροή.

Πλεονεκτήματα

Ένας εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνων αποτελείται από σωλήνες καρβιδίου του πυριτίου που περικλείονται μέσα σε ένα κέλυφος από ανοξείδωτο χάλυβα ή PFA, όπου ένα ρευστό κυκλοφορεί μέσα στους σωλήνες, ενώ το άλλο ρευστό ρέει πάνω από αυτούς και μέσα από το ίδιο το κέλυφος, με τη θερμότητα να μεταφέρεται μέσω αγωγής από το ένα ρευστό στο άλλο. Οι κατάλληλες εφαρμογές για έναν τέτοιο εναλλάκτη περιλαμβάνουν διεργασίες ψύξης, συμπύκνωσης και θέρμανσης, καθώς και εφαρμογές απορρόφησης ή εξάτμισης.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, αντέχοντας καλά στο θειικό οξύ, το νιτρικό οξύ, το φωσφορικό οξύ, τα μικτά οξέα, το υδροφθορικό οξύ και τα ισχυρά αλκάλια. Ως εκ τούτου, αποτελεί εξαιρετική αντικατάσταση του γραφίτη σε ιδιαίτερα διαβρωτικά περιβάλλοντα. Επιπλέον, το απευθείας πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου (SSiC) μπορεί να συγκολληθεί εύκολα σε σύγκριση με το SiSiC που περιέχει ελεύθερο πυρίτιο το οποίο μπορεί να προσβληθεί από χημικά διαλύματα και να ξεπλυθεί από έναν εναλλάκτη θερμότητας μέσω χημικών επιθέσεων στο ελεύθερο πυρίτιο που υπάρχει μέσα σε ένα διηθημένο πυρίτιο πυριτίου (SiSiC).

Οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων είναι πιο συμπαγείς από τους εναλλάκτες θερμότητας τύπου πλάκας και προσφέρουν το πλεονέκτημα ότι ανοίγουν εύκολα για επιθεώρηση χωρίς αποσυναρμολόγηση. Οι εναλλάκτες θερμότητας τύπου SR της GAB Neumann διαθέτουν ένα σύστημα διαφραγμάτων που στηρίζεται σε άξονα, επιτρέποντας την πρόσβαση για καθαρισμό και στα δύο άκρα - παρέχοντας εύκολη πρόσβαση συντήρησης σε κάθε άκρο.

Εφαρμογές

Το καρβίδιο του πυριτίου προσφέρει πολλές εφαρμογές σε βιομηχανικά περιβάλλοντα και είναι μια οικονομική εναλλακτική λύση σε σχέση με τα πιο συμβατικά υλικά μεταφοράς θερμότητας. Με ανώτερη αντοχή στη διάβρωση και θερμική αγωγιμότητα, το καρβίδιο του πυριτίου παρέχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής με μειωμένο κόστος συντήρησης και αυξημένη ενεργειακή απόδοση.

Οι εναλλάκτες θερμότητας αυτού του σχεδιασμού αποτελούνται από μια κλειστή δέσμη σωλήνων γεμάτη με ένα ρευστό που τους διαπερνά ενώ ένα άλλο περνάει από πάνω τους, διατηρώντας τις διαδρομές τους χωριστά χωρίς άμεση επαφή μεταξύ των ρευστών. Οι αναταράξεις που δημιουργούνται από τα διαφράγματα ροής στο κέλυφος και τους εσωτερικούς στροβιλιστές εντός των σωλήνων συμβάλλουν στην ενίσχυση της απόδοσης εξαλείφοντας τυχόν νεκρά σημεία εντός των διεργασιών του.

Οι κεραμικοί σωλήνες διαθέτουν στεγανές δομές που αντιστέκονται φυσικά στη ρύπανση, αυξάνοντας το χρόνο μεταξύ των κύκλων καθαρισμού και μειώνοντας το χρόνο διακοπής λειτουργίας. Επιπλέον, η εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και το χαμηλό CTE του SiC το καθιστούν εξαιρετική επιλογή υλικού για εφαρμογές που περιλαμβάνουν ταχείες διακυμάνσεις θερμοκρασίας.

Οι εναλλάκτες θερμότητας της Umax διαθέτουν έναν υγιεινό σχεδιασμό που καθιστά τον καθαρισμό και την επισκευή απλές, χωρίς να διαταράσσονται άλλοι σωλήνες στο συγκρότημά τους ή να χρειάζεται να αφαιρεθούν εξαρτήματα. Αυτό μειώνει σημαντικά το χρόνο διακοπής λειτουργίας και το κόστος, ενώ αφήνει μια εγγενώς ανθεκτική στην ρύπανση επιφάνεια που πλένεται με πίεση ή καθαρίζεται χημικά χωρίς ζημιά. αυξάνει περαιτέρω την αξιοπιστία με διπλές σφραγίδες δακτυλίου Ο που εφαρμόζονται ταυτόχρονα τόσο στα φύλλα των σωλήνων όσο και στη δευτερεύουσα πλάκα αντιρροής.

Σχεδιασμός

Οι εναλλάκτες θερμότητας με κέλυφος και σωλήνες καρβιδίου πυριτίου μεταφέρουν θερμότητα μεταξύ θερμών και ψυχρών ρευστών χρησιμοποιώντας σωλήνες που περικλείονται μέσα σε ένα κυλινδρικό κέλυφος από χάλυβα. Μια βασική απαίτηση αυτών των εναλλακτών θερμότητας είναι η ικανότητά τους να διαχειρίζονται μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας και υψηλά επίπεδα πίεσης. Τα διαφράγματα βοηθούν στη διαχείριση της ροής, ενώ οι εσωτερικοί στροβιλιστές εξασφαλίζουν ομοιόμορφες αναταράξεις από την πλευρά των σωλήνων για την ενίσχυση της απόδοσης της μεταφοράς θερμότητας, μειώνοντας παράλληλα τα προβλήματα ρύπανσης.

Η αντίσταση στη διάβρωση αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο του σχεδιασμού του εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνες από καρβίδιο του πυριτίου και οι μονάδες αυτές συχνά ενσωματώνονται σε χημικές ή φαρμακευτικές διεργασίες που χρησιμοποιούν ιδιαίτερα διαβρωτικές ουσίες. Για να διατηρηθεί η ικανότητά τους να χειρίζονται διάφορες χημικές ουσίες, χρησιμοποιείται συχνά επένδυση F4 ή PFA τόσο στους σωλήνες όσο και στο κέλυφος.

Οι στεγανές δομές των κεραμικών σωλήνων SiC τους καθιστούν εγγενώς ανθεκτικούς στη ρύπανση σε σύγκριση με άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές μεταφοράς θερμότητας, γεγονός που αυξάνει σημαντικά το χρόνο λειτουργίας μεταξύ των διακοπών συντήρησης και οδηγεί σε μεγαλύτερη παραγωγικότητα. Επιπλέον, αυτός ο τύπος κεραμικού διαθέτει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, χαμηλές τιμές CTE και εξαιρετική αντοχή που το καθιστούν ουσιαστικά απρόσβλητο σε θερμικά σοκ.

Εγκατάσταση

Ο σχεδιασμός ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνες καρβιδίου πυριτίου καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες της διεργασίας, οπότε η επιλογή του κατάλληλου τύπου και μεγέθους της συσκευής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από παράγοντες όπως ο ρυθμός ροής, το εύρος θερμοκρασίας, τα εύρη πίεσης/θερμοκρασίας σχεδιασμού, τα θέματα συμβατότητας υλικού/βρωμίσματος, καθώς και από πολλές άλλες εκτιμήσεις. Η TEMA ρυθμίζει επίσης το σχεδιασμό των δομών της μέσω συγκεκριμένων ταυτοποιήσεων/ταξινομήσεων των διαφόρων τύπων εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα.

Η θερμική συσκευή αποτελείται συνήθως από ένα κέλυφος με κάλυμμα καναλιού εφοδιασμένο με διαφράγματα. Στο εσωτερικό αυτού του καναλιού είναι επενδεδυμένο με ένα φύλλο σωλήνων - πάνω στο οποίο βρίσκονται σωλήνες. Κάθε φύλλο σωλήνα διαθέτει τη δική του έδρα συγκράτησης εξοπλισμένη με κυκλικές ομοαξονικές έδρες σχεδιασμένες για την υποδοχή των ακραίων τμημάτων των σωλήνων καρβιδίου του πυριτίου.

Οι σωλήνες καρβιδίου πυριτίου σφραγίζονται με τη χρήση δακτυλίων O από υπερφθοροελαστομερές (PFKM) που πιέζονται ταυτόχρονα και στις δύο πλάκες των σωλήνων, δημιουργώντας μια διπλή στεγανοποίηση για την προστασία του εναλλάκτη θερμότητας από επιθετικές χημικές ουσίες καθώς και από υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Η σειρά εναλλακτών θερμότητας με κέλυφος και σωλήνες SR και μπλοκ SE της Corresic προσφέρει άφθονες λύσεις για ιδιαίτερα διαβρωτικές ή λειαντικές βιομηχανικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των αραιών συγκεντρώσεων πυκνού θειικού οξέος.