Toplotni izmenjevalnik s cevmi in ohišjem iz silicijevega karbida

Toplotni izmenjevalniki s silicijevim karbidom, odporni proti koroziji, so namenjeni hlajenju, kondenzaciji, ogrevanju in izparevanju močno korozivnih kemikalij. Izdelani so iz neposredno sintranih cevi iz silicijevega karbida, vgrajenih v glave iz materiala F4, obložene s PFA/FFKM, ali v jeklene glave, zaradi česar se ti toplotni izmenjevalniki odlikujejo po izjemni odpornosti proti koroziji.

Podjetje TEMA razvršča toplotne izmenjevalnike glede na konfiguracijo njihovih sprednjih nepremičnih glav in ohišij. Delujejo lahko bodisi v vzporednem bodisi v protitočnem toku.

Prednosti

Toplotni izmenjevalnik tipa »shell and tube« je sestavljen iz cevi iz silicijevega karbida, vgrajenih v ohišje iz nerjavečega jekla ali ohišje, obloženo s PFA, pri čemer ena tekočina kroži skozi cevi, druga pa teče po njih in skozi samo ohišje, pri čemer se toplota prenaša s prevajanjem iz ene tekočine v drugo. Primerne uporabe za takšen izmenjevalnik vključujejo procese hlajenja, kondenzacije in ogrevanja ter aplikacije absorpcije ali izparevanja.

Silicijev karbid ima izjemno odpornost proti koroziji in se dobro obnese v stiku s žveplovo kislino, dušikovo kislino, fosforno kislino, mešanimi kislinami, fluorovodikovo kislino in močnimi lugi. Zaradi tega je odličen nadomestek za grafit v zelo korozivnih okoljih. Poleg tega se neposredno sintrani silicijev karbid (SSiC) lažje vari v primerjavi s SiSiC, ki vsebuje prosti silicijev dioksid, ki ga lahko napadejo kemične raztopine in se izpere iz toplotnega izmenjevalnika zaradi kemičnih napadov na prosti silicijev dioksid, prisoten v infiltriranem silicijevem karbidu (SiSiC).

Toplotni izmenjevalniki tipa »shell and tube« so kompaktnejši od ploščatih toplotnih izmenjevalnikov in imajo to prednost, da jih je mogoče enostavno odpreti za pregled, ne da bi jih bilo treba razstaviti. Toplotni izmenjevalniki tipa SR podjetja GAB Neumann so opremljeni s sistemom pregrad, podprtih s pivotnimi ležaji, kar omogoča dostop za čiščenje na obeh koncih – s čimer je vzdrževanje enostavno dostopno z obeh strani.

Aplikacije

Silicijev karbid ponuja številne možnosti uporabe v industrijskih okoljih in predstavlja ekonomično alternativo bolj konvencionalnim materialom za prenos toplote. Zaradi izjemne odpornosti proti koroziji in toplotne prevodnosti silicijev karbid zagotavlja daljšo življenjsko dobo, nižje stroške vzdrževanja in večjo energetsko učinkovitost.

Toplotni izmenjevalniki te zasnove so sestavljeni iz zaprtega svežnja cevi, skozi katere teče ena tekočina, medtem ko druga teče po zunanji strani, pri čemer sta njuni poti ločeni in med tekočinama ni neposrednega stika. Turbulenca, ki jo ustvarjajo pregrade v ohišju in notranji turbulatorji v ceveh, pomaga izboljšati učinkovitost, saj odpravlja morebitne mrtve točke v procesih.

Keramične cevi imajo gosto strukturo, ki je naravno odporna proti nabiranju usedlin, kar podaljšuje čas med čiščenji in zmanjšuje izpad proizvodnje. Poleg tega sta odlična toplotna prevodnost in nizki koeficient toplotnega raztezanja (CTE) materiala SiC odlična izbira za uporabo v aplikacijah, kjer prihaja do hitrih temperaturnih nihanj.

Toplotni izmenjevalniki Umax imajo sanitarno zasnovo, ki omogoča enostavno čiščenje in popravila, ne da bi pri tem motili druge cevi v sklopu ali morali odstranjevati dele. To znatno zmanjša izpadno čas in stroške, hkrati pa površina, ki je že sama po sebi odporna proti oblogam, ostane nepoškodovana tudi po čiščenju s tlakovnim pranjem ali kemičnem čiščenju; zanesljivost se dodatno poveča z dvojnimi O-obročnimi tesnili, ki so hkrati nameščena tako na cevnih ploščah kot na sekundarni nasprotni plošči.

Oblikovanje

Toplotni izmenjevalniki s karbidno-silicijevim plaščem in cevmi prenašajo toploto med vročimi in hladnimi tekočinami s pomočjo cevi, vgrajenih v valjasti jekleni plašč. Ena od ključnih zahtev za takšne toplotne izmenjevalnike je njihova sposobnost, da prenesejo velika nihanja temperature in visoke tlake; pregrade pomagajo uravnavati pretok, medtem ko notranji turbulatorji zagotavljajo enakomerno turbulenco na strani cevi, kar izboljša učinkovitost prenosa toplote in hkrati zmanjša težave z oblogami.

Odpornost proti koroziji je sestavni del zasnove cevno-plaščnih toplotnih izmenjevalnikov iz silicijevega karbida, te enote pa se pogosto vgrajujejo v kemijske ali farmacevtske procese, v katerih se uporabljajo zelo korozivne snovi. Da bi ohranili njihovo sposobnost za delovanje v stiku z različnimi kemikalijami, se na ceveh in plašču pogosto uporablja obloga iz F4 ali PFA.

Zgostena struktura keramičnih cevi iz SiC jim v primerjavi z drugimi materiali, ki se običajno uporabljajo v sistemih za prenos toplote, zagotavlja naravno odpornost proti oblogam, kar znatno podaljšuje čas delovanja med vzdrževalnimi izpadi in prispeva k večji produktivnosti. Poleg tega se ta vrsta keramike ponaša z visoko toplotno prevodnostjo, nizkimi vrednostmi koeficienta toplotnega raztezanja (CTE) in izjemno trdnostjo, zaradi česar je praktično odporna proti toplotnim šokom.

Namestitev

Oblika cevnega toplotnega izmenjevalnika s karbidno ohišje je v veliki meri odvisna od procesnih pogojev, zato je izbira ustreznega tipa in velikosti naprave v veliki meri odvisna od dejavnikov, kot so pretok, temperaturno območje, projektni tlak in temperaturna območja, združljivost materialov in težave z oblogami ter številni drugi dejavniki. TEMA prav tako ureja konstrukcijsko zasnovo s pomočjo specifičnih identifikacij/klasifikacij različnih tipov cevno-plaščnih toplotnih izmenjevalnikov.

Toplotna naprava je običajno sestavljena iz ohišja s pokrovom kanala, opremljenim s pregradami. Notranjost tega kanala je obložena s ploščo za cevi, na kateri so nameščene cevi. Vsaka plošča za cevi ima svoje lastno pritrdilno mesto, opremljeno s krožnimi koaksialnimi sedeži, namenjenimi za vgradnjo končnih delov cevi iz silicijevega karbida.

Cevi iz silicijevega karbida so tesnjene s pomočjo O-obročev iz perfluoroelastomera (PFKM), ki so hkrati vtisnjeni na obe cevni plošči, s čimer se ustvari dvojno tesnilo, ki toplotni izmenjevalnik ščiti pred agresivnimi kemikalijami ter visokimi temperaturami in tlaki. Corresicova ponudba cevno-plaščnih toplotnih izmenjevalnikov serije SR in blokovnih toplotnih izmenjevalnikov serije SE ponuja obsežne rešitve za visoko korozivne ali abrazivne industrijske procese, vključno z razredčevanjem koncentrirane žveplove kisline.