Varmeveksler med rør og mantel av silisiumkarbid

Korrosjonsbestandige rør-og-skall-varmevekslere i silisiumkarbid er utviklet for kjøling, kondensering, oppvarming og fordampning av svært korrosive kjemikalier. Disse varmevekslerne er konstruert med direkte sintret silisiumkarbidrør som er forseglet i F4-fordelere med PFA/FFKM-foring eller stålfordelere, og utmerker seg ved sin overlegne korrosjonsbestandighet.

TEMA klassifiserer varmevekslere ut fra konfigurasjonen av det stasjonære fronthodet og mantelen. De kan drives enten med parallellstrømning eller motstrømning.

Fordeler

En rør-i-mantel-varmeveksler består av rør av silisiumkarbid som er innkapslet i et hus av rustfritt stål eller PFA-belagt, der den ene væsken sirkulerer gjennom rørene, mens den andre strømmer over dem og gjennom selve huset, slik at varmen overføres ved ledning fra den ene væsken til den andre. Egnede bruksområder for en slik varmeveksler omfatter kjøle-, kondenserings- og oppvarmingsprosesser, samt absorpsjons- eller fordampingsprosesser.

Silisiumkarbid har en enestående korrosjonsbestandighet og tåler godt svovelsyre, salpetersyre, fosforsyre, blandede syrer, fluorvannsyre og sterke baser. Det er derfor en utmerket erstatning for grafitt i svært korrosive miljøer. Videre kan direkte sintret silisiumkarbid (SSiC) sveises enkelt sammenlignet med SiSiC, som inneholder fritt silisiumdioksid som kan angripes av kjemiske løsninger og skylles ut av en varmeveksler gjennom kjemiske angrep på det frie silisiumdioksidet som finnes i et infiltrert silisiumkarbid (SiSiC).

Rør-og-skall-varmevekslere er mer kompakte enn platevarmevekslere, og har den fordelen at de lett kan åpnes for inspeksjon uten at de må demonteres. GAB Neumanns varmevekslere av SR-typen har et ledeakselstøttet ledesystem som gir tilgang for rengjøring i begge ender – noe som sikrer enkel tilgang for vedlikehold fra begge sider.

Bruksområder

Silisiumkarbid har mange bruksområder i industrielle miljøer og er et økonomisk alternativ til mer konvensjonelle varmeoverføringsmaterialer. Takket være sin overlegne korrosjonsbestandighet og varmeledningsevne gir silisiumkarbid lengre levetid, reduserte vedlikeholdskostnader og økt energieffektivitet.

Varmevekslere av denne typen består av et lukket rørbunt som er fylt med én væske som strømmer gjennom rørene, mens en annen væske strømmer forbi utenfor – slik at strømningsbanene holdes adskilt uten direkte kontakt mellom væskene. Turbulens som skapes av strømningsbaffler i mantelen og interne turbulatorer inne i rørene bidrar til å forbedre ytelsen ved å eliminere eventuelle dødsoner i prosessene.

Keramiske rør har en tett struktur som naturlig motstår tilsmussing, noe som forlenger tiden mellom rengjøringssykluser og reduserer driftsstans. Videre gjør SiCs utmerkede varmeledningsevne og lave termiske utvidelseskoeffisient (CTE) det til et utmerket materialvalg for bruksområder med raske temperatursvingninger.

Umax-varmevekslere har en hygienisk utforming som gjør rengjøring og reparasjon enkel uten å forstyrre andre rør i enheten eller å måtte demontere deler. Dette reduserer driftsstans og kostnader betydelig, samtidig som overflaten – som i seg selv er motstandsdyktig mot tilgrising – kan høytrykksspyles eller rengjøres kjemisk uten å bli skadet. Påliteligheten økes ytterligere ved at doble O-ring-tetninger brukes samtidig på både rørplatene og den sekundære motplaten.

Design

Varmevekslere av silisiumkarbid av typen «shell and tube» overfører varme mellom varme og kalde væsker ved hjelp av rør som er innkapslet i et sylindrisk stålhus. Et sentralt krav til slike varmevekslere er deres evne til å tåle store temperaturvariasjoner og høyt trykk; ledeplater bidrar til å styre strømningen, mens interne turbulatorer sikrer jevn turbulens på rørsiden for å øke varmeoverføringseffektiviteten og samtidig redusere problemer med tilstopping.

Korrosjonsbestandighet er en integrert del av konstruksjonen til varmevekslere av silisiumkarbid av typen «shell-and-tube», og disse enhetene brukes ofte i kjemiske eller farmasøytiske prosesser der det benyttes svært korrosive stoffer. For å sikre at de fortsatt kan håndtere ulike kjemikalier, benyttes det ofte F4- eller PFA-belegg både på rørene og på mantelen.

Den tette strukturen til SiC-keramiske rør gjør dem iboende motstandsdyktige mot tilsmussing sammenlignet med andre materialer som vanligvis brukes i varmeoverføringsapplikasjoner, noe som øker driftstiden mellom vedlikeholdsstans betydelig og fører til høyere produktivitet. Videre har denne typen keramikk høy varmeledningsevne, lave CTE-verdier og eksepsjonell styrke, noe som gjør den praktisk talt immun mot termisk sjokk.

Installasjon

Utformingen av en varmeveksler av silisiumkarbid av typen «shell-and-tube» bestemmes i stor grad av prosessforholdene, og valg av passende enhetstype og størrelse avhenger derfor i stor grad av faktorer som strømningshastighet, temperaturområde, dimensjoneringstrykk og -temperaturområder, materialkompatibilitet og problemer med tilgrising, samt en rekke andre hensyn. TEMA regulerer også konstruksjonsutformingen gjennom spesifikke identifikasjoner og klassifiseringer av ulike typer skall-og-rør-varmevekslere.

Et termisk apparat består vanligvis av et hus med et kanaldeksel utstyrt med ledeplater. Inne i denne kanalen er det montert en rørplate – hvor rørene er plassert. Hver rørplate har sitt eget festesete utstyrt med sirkulære, koaksiale seter som er utformet for å ta imot endene på rørene av silisiumkarbid.

Rør av silisiumkarbid tettes ved hjelp av O-ringer av perfluoroelastomer (PFKM) som presses samtidig mot begge rørplatene, noe som skaper en dobbel tetning som beskytter varmeveksleren mot aggressive kjemikalier samt høye temperaturer og trykk. Corresics utvalg av SR-skall-og-rør- og SE-blokk-varmevekslere tilbyr en rekke løsninger for svært korrosive eller slipende industrielle prosesser, inkludert fortynning av konsentrert svovelsyre.