Fyrir ætandi þjónustu þar sem þrýstingur eða hitastig fer yfir mörk fastra flúorfjölliða, býður málmvarmaskiptir með innri flúorfjölliða fóðri málamiðlun. Samanburður á þessari nálgun við flúorfjölliðuskiptaskipti sýnir misskiptingu í áreiðanleika, kostnaði og afköstum. Skilningur á þessum mun er mikilvægt fyrir vinnslufræðinga sem velja hitaflutningsbúnað fyrir mjög árásargjarnar sýrur, blönduð súrsýringarlínur eða krefjandi efnakljúfa.
Byggingargerðir: Tvær aðferðir við tæringarvörn flúorfjölliða
Allt flúorfjölliða varmaskiptareru eingöngu framleidd úr flúorfjölliðuefnum-venjulega PTFE (pólýtetraflúoretýlen), PFA (perflúoralkoxýalkan) eða FEP (flúrað etýlen própýlen). Skelin (ef til staðar), slöngubúnt, slönguplötur og allir blautir innri fletir samanstanda af föstu flúorfjölliðu. Algengar uppsetningar innihalda skel-og-rör hönnun (með PTFE eða PFA rör) og dýfingarspólur. Engir málmhlutar komast í snertingu við ætandi vinnsluvökvann.
Málmskipti með flúorfjölliða fóðriByrjaðu á þrýstingi sem inniheldur málmskel og slönguplötur úr kolefnisstáli, ryðfríu stáli eða öðrum málmblöndur. Innri yfirborðin sem snerta ætandi vökvann eru síðan fóðruð með lagi af flúorfjölliða-venjulega PTFE eða PFA. Aðferðir við fóður eru:
Blaðfóður: PTFE blöð eru límd eða soðin við málmundirlagið.
Spray eða rafstöðueiginleikar húðun: Þynnri flúorfjölliða húðun borin á og hertuð.
Laust fóður: Færanlegur PTFE-fóður (sokkur) settur í málmskelina.
Dæmigert fóðurþykkt er á bilinu frá0,5 til 1,5 millimetrar, fer eftir notkun og gerð fóðurs.
Þrýstieinkunn: Helsti kosturinn við fóðraða málmskiptara
Mikilvægasti munurinn á hönnununum tveimur er þrýstingsinnihaldsgeta.
Allar flúorfjölliða skiptarareru þrýstingstakmörkuð af vélrænni styrk flúorfjölliðunnar sjálfrar. PTFE og PFA hafa lítinn togstyrk (venjulega 20–30 MPa) og, mikilvægara, sýna skrið (kalt flæði) við viðvarandi álag. Við háan þrýsting aflagast flúorfjölliðan, sem leiðir til þess að rör falli, leka í rörplötu eða skel rofnar. Hagnýtur hámarksrekstrarþrýstingur fyrir alla flúorfjölliða skel-og-rörskiptara er yfirleitt á bilinu3–5 bör (45–75 psi)fyrir flúorfjölliða hliðina. Sumar sérstaklega styrktar hönnun geta náð 7 börum, en þær eru sjaldgæfar.
Fóðraðir málmskiptir, aftur á móti, notaðu málmskelina og slönguplöturnar til að halda þrýstingi. Kolefnisstál þolir á öruggan hátt þrýsting sem er 10 bör, 20 bör eða hærri-eingöngu takmarkaður af hönnunarkóðanum (td ASME kafla VIII) og flanseinkunnunum. Flúorfjölliðafóðrið þjónar eingöngu sem tæringarhindrun og ekki er treyst á burðarvirki. Fyrir háþrýstisýruþjónustu-eins og í hreinsunarstöðvum, efnaverksmiðjum eða háþrýstisaltsýruhreinsibúnaði-eru fóðraðir skiptar oft eina raunhæfa málmlausa lausnin.
Hitatakmörk: Svipuð en með mikilvægum mun
Bæði flúorfjölliðuskiptir og fóðraðir flúorfjölliðuskiptir deila svipuðum samfelldum hámarkshitamörkum fyrir flúorfjölliðuna sjálfa. PTFE og PFA byrja að mýkjast og skríða verulega yfir u.þ.b200 gráður (392 gráður F)fyrir PFA og260 gráður (500 gráður F)fyrir PTFE í stuttum útsetningum. Hins vegar er hagnýtt stöðugt þjónustuhitastig lægra:
Allar flúorfjölliða skiptarar: Venjulega takmarkað við110–120 gráðurfyrir PTFE (vegna skríða undir rörþrýstingsmun) og150–180 gráðurfyrir PFA (fer eftir veggþykkt og stuðningshönnun).
Fóðraðir málmskiptir: Getur starfað við hærra hitastig vegna þess að málmundirlagið styður fóðrið og kemur í veg fyrir mikla aflögun. PTFE-fóðraðir stálskiptir eru venjulega notaðir á180–200 gráður(samfellt) og allt að230 gráðurí stuttan tíma. Takmarkandi þátturinn verður gegndræpi liner og viðloðun liner við málminn.
Það er athyglisvert að við háan hita sýna allar flúorfjölliður aukið gegndræpi fyrir ákveðnum lofttegundum og litlum sameindum (td klór, vetnisklóríð). Fóðraðir skiptarar standa frammi fyrir aukinni hættu á að gufu gegndræpi í gegnum fóðrið sem þéttist við málmviðmótið, sem getur hugsanlega valdið falinni tæringu.
Tæringaráreiðanleiki: Samræmd vörn á móti bilunarhættu á liner
Allar flúorfjölliða skiptararveita samræmda, óslitna tæringarþol á öllu blautu yfirborði. Það eru engir saumar, göt eða málmskil sem verða fyrir vinnsluvökvanum. Flúorfjölliðan er einsleit um alla veggþykktina. Jafnvel þótt yfirborðið verði rispað eða slitið heldur undirliggjandi efnið sömu efnaþol. Þessi hönnun útilokar möguleikann á "falinni tæringu" á bak við fóður.
Fóðraðir málmskiptirkynna nokkrar bilunarhamir sem eru ekki til í hönnun allra flúorfjölliða:
Pinholes eða holur í fóðrinu– Jafnvel örsmáir gallar (minna en 0,1 mm) leyfa ætandi vökva að komast að málmundirlaginu. Þegar málmurinn byrjar að tærast geta tæringarafurðirnar þvingað fóðrið til að mynda blöðrur eða losna, sem flýtir fyrir bilun.
Liner losun– Viðloðun milli flúorfjölliða fóðursins og málmundirlagsins er aldrei fullkomin. Varmahjólreiðar valda mismunaþenslu (PTFE stækkar ~7× meira en stál, eins og fjallað var um í fyrri greinum), sem getur valdið því að fóðrið togar frá veggnum. Bilið sem myndast getur safnað gegnsýrðri sýru, sem leiðir til staðbundinnar árásar.
Gegndræpi og þétting– Ákveðnar sýrur (sérstaklega saltsýra við hærra hitastig) streyma í gegnum þunnt fóðrið. Ef málmskelin er kaldari en vinnsluhliðin (dæmigert í kælingu), þéttist gegnsýrð sýra á málmyfirborðið, sem veldur tæringu „að innan frá“. Þetta er vel þekkt bilunarkerfi í PTFE-fóðruðum stálbúnaði.
Skemmdir við uppsetningu eða viðhald- Fóðringar eru auðveldlega skornar, rispaðar eða beygltar með verkfærum. Ein djúp rispa getur orðið upphafspunktur fyrir bilun.
Í reynd er lykiláhættan með fóðruðum skiptarum að lítið, ógreinanlegt nálgat getur leitt til skelfilegrar bilunar innan vikna eða mánaða, á meðan flúorfjölliðuskiptir myndu halda áfram að starfa á öruggan hátt. Aftur á móti getur vel smíðaður, rétt viðhaldinn fóðraður skiptari veitt margra ára þjónustu við þrýsting og hitastig sem ekki er hægt að ná með traustri flúorfjölliðahönnun.
Kostnaðarsamanburður: Upphafleg fjárfesting og lífsferilssjónarmið
Almennt flúorfjölliða varmaskiptar eru almennt ódýrari í framleiðslu fyrir lágþrýsting og lághita. Efnin (PTFE eða PFA slöngur, blöð) eru tiltölulega ódýr og tilbúningurinn felur í sér suðu eða hitaþéttingu flúorfjölliða íhluta.
Fóðraðir málmskiptir hafa í för með sér hærri framleiðslukostnað. Málmskel og slönguplöturnar verða að vera framleiddar samkvæmt þrýstihylkiskóðum, síðan fóðraðar með flúorfjölliðu-sem er vinnufrekt ferli sem krefst sérhæfðra tæknimanna, gæðaeftirlits (neistaprófun fyrir göt) og sérhæfðrar suðu á flúorfjölliðaplötum. Þar af leiðandi er upphaflegt kaupverð fóðraðs skiptis venjulega30–100% hærrien flúorfjölliðuskipti með sambærilegu varmaflutningssvæði.
Hins vegar, fyrir háþrýstingsnotkun (td 10 bör eða hærra), getur verið að skiptari sem er eingöngu flúorfjölliða sé alls ekki framkvæmanlegur. Í slíkum tilfellum er fóðrað skipti-eða málmblendiskipti- eini kosturinn. Kostnaðarsamanburðurinn færist síðan yfir í fóðraða flúorfjölliða á móti framandi málmblöndur (títan, tantal, Hastelloy). Í þeim samanburði gefur fóðruð flúorfjölliða oft verulegan kostnaðarsparnað.
Samanburður: All-Flúorfjölliða vs. Fluoropolymer-Fóðraður málmskipti
| Eiginleiki | Alflúorfjölliða skipti | Flúorfjölliða-fóðraður málmskiptir |
|---|---|---|
| Þrýstimat (dæmigert) | 3–5 bör (takmarkast af flúorfjölliða skrið) | 10–20 bar+ (takmarkað af málmskel hönnunarkóða) |
| Hámarks stöðugt hitastig | 110–120 gráður (PTFE); 150–180 gráður (PFA) | 180–200 gráður (PTFE liner með málmstuðningi) |
| Tæringaráreiðanleiki | Frábært; samræmd vörn; enginn málmur til að tærast | Gott, en hætta á göt, losun og tæringu af völdum gegnsýringar |
| Bilunarhamur ef liner galli á sér stað | Á ekki við (engin liner) | Hröð málmtæring; möguleiki á hörmulegum leka |
| Skoðun og prófun | Sjónræn og rafræn samfella (einfalt) | Krefst neistaprófunar (pinhole uppgötvun); reglubundin endurfóðrun gæti þurft |
| Stofnkostnaður | Lægra fyrir lágþrýstingsvinnu | Hærra (þrýstihylki + fóðurvinnu) |
| Viðhaldsáhætta | Lágt; engin liner til að skipta um | Í meðallagi til hátt; skemmdir á fóðri við viðhald eru áhyggjuefni |
| Dæmigert forrit | Lágþrýstingssýringarböð, rafhúðun hitun/kæling, andrúmsloftssýruhreinsar | Háþrýsti HCl kælarar, óblandaðir sýruvarmaskiptir í hreinsunarstöðvum, efnakljúfar |
Leiðbeiningar um ákvarðanir: Velja rétta tækni
Valið á milli flúorfjölliðaskiptis og málmskipta sem er fóðraður ætti að hafa að leiðarljósi nauðsynlegan þrýsting, hitastig og ásættanlega bilunarhættu.
Veldu flúorfjölliða varmaskipti þegar:
Vinnuþrýstingur er undir 5 börum (75 psi).
Hitastig er undir 120 gráðum (fyrir PTFE) eða 180 gráður (fyrir PFA).
Alger tæringaráreiðanleiki er nauðsynlegur-allar bilanir í holu eða fóðri væru óviðunandi.
Vinnsluvökvinn inniheldur oxandi sýrur eða blandaðar sýrur þar sem jafnvel minniháttar útsetning fyrir málmum myndi valda hraðri bilun.
Óskað er eftir lægri stofnkostnaði.
Skiptinn er settur upp á stað þar sem ekki er hægt að þola leka (td fyrir ofan viðkvæman búnað eða í hreinu umhverfi).
Veldu flúorfjölliða-fóðraður málmvarmaskipti þegar:
Rekstrarþrýstingur fer yfir 5 bör og getur verið allt að 20 bör eða meira.
Hiti fer yfir 120 gráður en helst undir 200 gráðum.
Vinnsluvökvinn er vel einkenndur og inniheldur ekki tegundir sem flýta fyrir gegndræpi í klæðningu (td heitt HCl gas).
Strangt skoðunar- og viðhaldsáætlun er til staðar, þar á meðal reglubundnar neistaprófanir á fóðrinu.
Kostnaður við framandi málmblöndur (títan, tantal) er óhóflegur og fóðrað stál býður upp á hagkvæman valkost.
Einhver hætta á bilun í fóðri er ásættanleg, eða óþarfi öryggiskerfi (lekaleit, auka innilokun) eru sett upp.
Í háþrýstisýruþjónustu sem er algeng í hreinsunarstöðvum og stórum efnaverksmiðjum-eins og saltsýrukælar sem starfa við 10 bör og 150 gráður -fóðraðir PTFE skiptarar eru staðallausn. Hins vegar bæta margar aðstaða við lekaleitarkerfum (leiðniskynjara milli fóðurs og skeljar) til að veita snemmbúna viðvörun um brot á fóðri.
Niðurstaða: Öryggis- og áreiðanleikakröfur leiða valið
All-flúorfjölliða varmaskipti hámarka tæringaráreiðanleika með því að útrýma málmi úr blautri leiðinni. Það er engin lína til að losa, ekkert pinhole til að tæra og ekkert falið málmundirlag sem bilar. Hins vegar eru þrýstings- og hitamörk þeirra hófleg.
Flúorfjölliða-fóðraðir málmskiptir lengja rekstrarhlífina til hærri þrýstings og hitastigs með því að nota málmskel til innilokunar. Þessi kostur kemur á kostnað aukins flækjustigs, hærri stofnkostnaðar og kynningar á mögulegum bilunarmátum-gata, losun, gegndræpi-sem eru ekki til í hönnun allra flúorfjölliða.
Ferlaverkfræðingar verða að vega þessi málamiðlun vandlega. Fyrir notkun með lágum þrýstingi og mikilli áreiðanleika eru flúorfjölliðuskiptir oft besti kosturinn. Fyrir háþrýstings- og háhitastörf þar sem fóðruð flúorfjölliða er eini valmöguleikinn sem ekki er úr málmi, er strangt gæðaeftirlit, skoðun og lekaleit nauðsynleg. Öryggis- og áreiðanleikakröfur ættu að leiðbeina þessu mikilvæga hönnunarvali og tryggja að valin varmaskiptatækni sé í takt við sérstakar áhættur og rekstrarskilyrði efnaferlisins.
