Thermal Cycling Cost Driver
Systém vykurovania chemického reaktora cykluje od 25 stupňov do 150 stupňov a späť dvakrát denne - 730 úplných tepelných cyklov za rok. Každý cyklus namáha materiály výmenníka tepla prostredníctvom rozdielnej tepelnej rozťažnosti medzi teplovýmenným povrchom a konštrukčným substrátom.
Sklenené-oceľové výmenníky tepla sú konštruované spojením vrstvy borosilikátového skla s oceľovým plášťom pri približne 850 stupňoch . Sklo a oceľ majú rôzne koeficienty tepelnej rozťažnosti: sklo pri 3-6 × 10⁻⁶/stupeň , oceľ pri 12-15 × 10⁻⁶/stupeň . 2-4× rozdiel znamená, že počas každého tepelného cyklu sa sklo a oceľ rozťahujú a zmršťujú rôznou rýchlosťou. Na rozhraní sklo-oceľ vzniká šmykové napätie.
Výmenníky tepla PTFE nemajú žiadne rozhranie. Stena rúrky je z homogénneho fluórpolyméru. Tepelná rozťažnosť je prispôsobená elastickej deformácii celej hrúbky steny. Nevyvíja sa žiadne diferenciálne napätie. Náklady na údržbu tohto základného rozdielu sú značné počas životnosti zariadení meranej v desaťročiach.
Režim zlyhania odlupovania skla
Pri opakovanom tepelnom cyklovaní spôsobuje kumulatívne šmykové napätie na rozhraní skla-ocele postupné poškodenie. Mikro-trhliny vznikajú pri mikroskopických defektoch v sklenených-bublinách, inklúziách alebo tenkých bodkách z pôvodnej výroby. Každý tepelný cyklus trhliny mierne predlžuje.
Nakoniec sa trhliny spoja a kúsok skla sa oddelí od oceľového substrátu. Toto je praskanie. Odštiepená oblasť vystavuje holú oceľ procesnej chemikálii. V kyslom prostredí oceľ rýchlo koroduje. Produkty korózie môžu kontaminovať proces. Exponovaná oblasť sa zväčšuje, keď chemikália podkopáva priľahlé sklo. Výmenník tepla musí byť vyradený z prevádzky kvôli opätovnému preskleniu.
Presklenie nie je oprava v teréne. Celý výmenník musí byť odstránený, odoslaný do špecializovaného zariadenia, zbavený zvyškov skla, presklený, vypálený, otestovaný a vrátený. Tento proces trvá 4-8 týždňov. Pokiaľ nie je k dispozícii náhradný výmenník, výroba sa na čas stratí. Náklady na zakúpenie, uskladnenie a údržbu náhradného-náhradného dielu – musia byť zahrnuté do nákladov na životný cyklus.
Tabuľka 1: Porovnanie nákladov na údržbu za 10 rokov (730 tepelných cyklov/rok, 25-150 stupňov)
| Prvok nákladov na údržbu | Oceľová-sklenená | PTFE |
|---|---|---|
| Očakávaná životnosť skleneného obloženia pri tepelnom cyklovaní (roky) | 3-6 | N/A (bez podšívky) |
| Reglassingové akcie nad 10 rokov | 1-3 | 0 |
| Náklady na presklenie na udalosť (% nového vybavenia) | 50-80% | N/A |
| Prestoje na presklovanie (týždne) | 4-8 | N/A |
| Vyžaduje sa náhradný výmenník | Áno (na zachovanie výroby počas presklenia) | Nie |
| Náklady na ročnú kontrolu | Stredná (testovanie iskier na chyby skla) | Nízka (viditeľná + ultrazvuková hrúbka) |
| Možnosť opravy v teréne | Žiadne (akékoľvek poškodenie skla=oprava vo výrobe) | Áno (zapojenie trubice alebo výmena) |
| Oprava prestojov pre menšie poškodenia | Týždne (sklo z výroby) | Hodiny (oprava v teréne) |
| Celkové 10-ročné náklady na údržbu (relatívne) | 2-4× počiatočná cena zariadenia | 0,1-0,3× počiatočné náklady na vybavenie |
Výhoda opráv v teréne
Keď sa na rúrke výmenníka tepla z PTFE objaví netesnosť-zvyčajne po mnohých rokoch prevádzky z tesniaceho riedenia-, oprava sa vykoná priamo na mieste. Poškodená trubica sa identifikuje tlakovou skúškou. Na oboch zberačoch je zasunutá PTFE zástrčkami. Výmenník sa vráti do prevádzky v priebehu niekoľkých hodín a pracuje s mierne zníženou kapacitou.
Ak je zníženie kapacity v dôsledku upchávania neprijateľné, poškodenú rúrku alebo časť zväzku rúrok možno vymeniť počas nasledujúcej plánovanej odstávky v rámci údržby. Výmena je mechanická: odskrutkujte kompresné spojky, odstráňte poškodenú rúrku, vložte novú rúrku a znova-utiahnite spojky. Nevyžaduje sa žiadne špecializované zariadenie. Opravu vykonáva personál údržby závodu pomocou štandardných nástrojov.
Táto opraviteľnosť v teréne eliminuje potrebu náhradného výmenníka. Eliminuje 4-8 týždňový výpadok výroby pri presklení v továrni. Umožňuje plánovanie a riadenie údržby, nie diktované prípadmi zlyhania skla.
Kontrast jednoduchosti kontroly
Oceľ so sklom-vyžaduje pravidelné iskrové testovanie na zistenie chýb skla. Cez sklenený povrch prechádza vysokonapäťová sonda; iskra označuje defekt, ktorý preniká do ocele. Test vyžaduje, aby bol výmenník prázdny a suchý. Je to časovo{5}}náročné a zisťuje iba chyby, ktoré už existujú,-nedokáže predpovedať, kedy sa vytvorí ďalšia chyba.
Výmenníky tepla z PTFE sa kontrolujú pomocou ultrazvukového merania hrúbky steny-rýchle, nedeštruktívne{1}} a dajú sa vykonávať bez vyradenia výmenníka z prevádzky. Merania sledujú pomalú, predvídateľnú progresiu stenčovania. Budúcu hrúbku steny je možné navrhnúť zo súčasných meraní, čo umožňuje plánovať výmenu niekoľko rokov vopred.
Zhrnutie
Výmenníky tepla z PTFE ponúkajú podstatne nižšie náklady na údržbu ako oceľ potiahnutá sklom- v tepelne cyklovanej prevádzke, pretože PTFE nemá žiadnu výstelku k odlupovaniu, žiadne rozdielne materiálové rozhranie s únavou a{1}}konštrukciu opraviteľnú v teréne, ktorá eliminuje potrebu presklenia v továrni a náhradných výmenníkov. Počas 10-ročného obdobia sú náklady na údržbu PTFE 0,1 – 0,3-násobok počiatočných nákladov na zariadenie v porovnaní s 2-4-násobkom nákladov na oceľ so sklom.
Schopnosť opraviť PTFE výmenníky v teréne v priebehu niekoľkých hodín v porovnaní s týždňami potrebnými na presklenie skla, poskytuje výhody dostupnosti výroby, ktoré často prevyšujú priame úspory nákladov na údržbu.
Technická analýza pre výber materiálu tepelne cyklovaného výmenníka tepla je k dispozícii po predložení rozsahu prevádzkových teplôt, frekvencie cyklu, procesnej chémie, aktuálnych záznamov o nákladoch na údržbu a údajov o nákladoch na prestoje vo výrobe.
