Jak je konstruován blokový grafitový výměník tepla a jaké jsou jeho jedinečné vlastnosti montáže?

Mnoho grafitových výměníků tepla je konstruováno jako jeden blok s vyvrtanými kanály, připomínající spíše opracované potrubí než svazek trubek, na rozdíl od dobře -známé konfigurace pláště-a{2}} trubek. Tato struktura má určité výhody v kompaktnosti, ale také omezuje opravy. Při korozivních činnostech, kde je kladen důraz na prostor nebo kde je integrita netěsností životně důležitá, je ke specifikaci vhodného zařízení vyžadována znalost konstrukčního procesu blokových grafitových výměníků tepla.

Konstrukce jádra: Cementované vrtané bloky do monolitu
Postup začíná obrovskými bloky nepropustného grafitu. Grafit se stává odolným proti korozi impregnací porézního uhlíkového grafitu fenolovou nebo furanovou pryskyřicí, aby se grafit utěsnil proti pronikání tekutin. Bloky jsou přesně vyvrtány se dvěma sadami kolmých otvorů, jedním pro procesní kapalinu a jedním pro provozní kapalinu (topné nebo chladicí médium). Dva tekutinové kanály jsou obecně navzájem kolmé, v pravém úhlu a nekříží se.

Jednotlivé bloky se pak navrší a tmelí specifickým pryskyřičným cementem. Cement musí mít stejný koeficient tepelné roztažnosti jako grafit a podobnou odolnost proti korozi. Stoh tvoří po sestavení a vytvrzení monolitické grafitové jádro. Blok bloků je ukončen sběrači (distribučními komorami), které jsou přišroubovány ke koncům, obvykle s těsněním, pro vedení tekutiny do a ven z vrtaných kanálů. Celá tato sestava je pak uzavřena v ocelovém plášti nebo dodávána s venkovními krytinami.

Speciální vlastnosti sestavy blokových grafitových výměníků
Modularita pro škálování
Povaha blokového designu poskytuje modularitu. Několik bloků lze stohovat vodorovně nebo svisle, aby se zlepšila oblast přenosu tepla. V rámci jedné skořepiny lze použít různé délky bloků, takže lze splnit potřebnou povinnost bez potřeby výroby na míru. Tato modularita snižuje zásoby náhradních dílů, protože vadný blok lze teoreticky vyměnit, i když ve skutečnosti se výměna bloku provádí jen zřídka, zejména pokud se zvažují komplikace spojené s lepením.

Extrémní kompaktnost
Celý objem bloku je aktivní teplosměnnou plochou – každý krychlový centimetr má protínající se kanály, díky čemuž je jednotka mimořádně kompaktní. Žádné trubky, přepážky nebo trubkovnice, které by zabíraly místo. Blokový grafitový výměník může využívat o 50-70 % menší podlahovou plochu než kovové pláště-a trubkové výměníky stejného výkonu. Tato kompaktnost je zvláště užitečná pro dodatečné vybavení nebo instalace ve stávajících chemických zařízeních, kde je prostor na prvním místě.

Odstranění spojů mezi trubkami a trubkovnicemi
Bloková konstrukce eliminuje spoje-k{1}}trubkové desce, což je běžná příčina netěsností u konvenčních výměníků tepla. Žádné mechanicky válcované nebo svařované konce trubky. Pevný grafit tvoří bariéru mezi procesem a provozními kapalinami. Těsnění se používají výhradně na sběrači-k-blokování spojů, kde obě kapaliny mají mírný rozdíl tlaků. To drasticky minimalizuje možné únikové kanály a zvyšuje bezpečnost s nebezpečnými nebo jedovatými kapalinami.

Žádné těsnění mezi servisními a procesními kapalinami
Hlavní bezpečnostní charakteristikou konstrukce bloku je, že dva proudy tekutiny nejsou odděleny těsněními. Grafitový blok je souvislá monolitická bariéra. Těsnění sběrače může prosakovat, ale protože jsou komory sběrače izolované, existuje jen malá pravděpodobnost, že se procesní a provozní kapaliny stanou křížovou kontaminací. Tato vlastnost je zvláště cenná v aplikacích, kde by smíchání dvou kapalin způsobilo vážné reakce nebo ztrátu produktu.

Hlavním omezením je neopravitelnost-
Unikátní konstrukce představuje také velké omezení. Pokud dojde k prasknutí bloku v důsledku tepelného šoku, tlakového rázu nebo mechanického namáhání, nelze jej svařovat, záplatovat ani plnit. Vnitřní průchody nejsou přístupné pro opravu. Musíte vyměnit celý blok nebo celý zásobník bloků. Ve skutečnosti to obecně znamená opuštění celého výměníku, protože výměna jednotlivých bloků zahrnuje porušení lepených spojů a opětovné spojení nových bloků, což je zřídka levné.

V některých náročných službách jsou blokové výměníky ve skutečnosti spotřební komponenty. Odolnost vůči teplotním cyklům a mechanické únavě řídí jejich životnost. Pokud se očekává periodické praskání, může být poskytnuto několik menších blokových jednotek paralelně, takže jedna porucha nezastaví celý proces.

Srovnání výměníků tepla Shell a Tube Graphite
Grafitové výměníky tepla jsou také zabudovány v provedení plášť{0}}a{1}}trubice s použitím grafitových trubek (běžně o průměru 20–50 mm) a grafitových trubkovnic. Srovnání odhaluje kompromisy:

Vlastnosti: Blokový grafitGrafit, plášť a trubice
Hustota tepelného toku Velmi vysoká (těsná) Střední
Cesty úniku Málo (žádné spojky trubek) Mnoho (každý spoj trubek)
Opravitelnost Žádná (prasklý blok=vyměnit) Dobrá (jednotlivé trubky lze zapojit nebo vyměnit)
Maximální provozní tlakNižší (často 6–10 bar) Vyšší (možná 10–16 bar)
Čištění / znečištění Ucpané otvory se obtížněji čistí Mechanické čištění trubek je možné
Typické úkoly Kondenzace Jednofázové kapalinyVařáky, ohřev, chlazení
Blokové výměníky se často používají pro kondenzaci a jednofázové kapalné činnosti, kde je účinně kontrolován tepelný šok. U služeb, kde je větší problém zanášení, zanášení nebo cyklování teploty, jsou preferovány grafitové systémy plášťů a trubek, protože jednotlivé trubky lze vyměnit.

Praktické úvahy pro specifikaci
Při zvažování konstrukce blokového grafitového výměníku tepla pro konkrétní použití je třeba vzít v úvahu následující proměnné:

Frekvence tepelného cyklování - Zvýšená frekvence cyklování zvyšuje riziko praskání. Návrhy bloků rádi běží neustále.

Přechodné tlaky - Náhlé tlakové špičky (vodní rázy) mohou rozbít bloky. Návrh potrubí a odlehčení tlaku musí být správné.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1–2 mm hrozí ucpání, které není snadné propíchnout.

Kritičnost služby - V procesu jednoho vlaku-, kde selhání výměníku způsobí zastavení výroby, nemusí být přijatelné, že nelze opravit blokové jednotky. Doporučily by se redundantní jednotky nebo jiný typ budovy.

Závěr:
Blokový grafitový výměník tepla je specializovaný vysoce výkonný design, který obětuje opravitelnost pro extrémní kompaktnost a méně únikových cest. Jeho konstrukce je tvořena vrtanými bloky naskládanými a spojenými tak, aby tvořily monolitické jádro, které poskytuje vysokou hustotu přenosu tepla a žádné spoje-na{2}}trubky. Prasklý blok však nelze opravit, je nutné jej zcela vyměnit. Styl budovy musí být v souladu s filozofií údržby a kritičností služby. Blokový grafit je elegantní, prostorově úsporné řešení pro nízké tepelné šoky, nepřetržité, čisté, jednofázové činnosti. Pro náročné nebo bezpečnostní-služby, kde je důležitá opravitelnost, mohou být vhodnější jiné materiály nebo skořepinový-a-grafit.