במה נבדלים מחליפי חום מסוג PTFE-מעיצובים קונבנציונליים של יריעות צינור קבועות?

לרוב מחליפי המעטפת והצינורות יש צינורות מחוברים בשני הקצוות. מחליף כידון הופך את זה על ראשו: צינורות קבועים בקצה אחד בלבד, הקצה השני חופשי להחליק בתוך נדן חיצוני אטום. עיצוב פשוט זה מתגבר על שתי בעיות- ארוכות, מתח חום וגישה לתחזוקה. סידור הכידון הוא אלטרנטיבה מפתה עבור יישומי גימור משטחים ויישומי תהליכים כימיים, הכוללים מחליפי חום PTFE, כאשר מקדם ההתפשטות התרמית הגבוה של החומר (CTE) הופך פתרונות יריעות צינור קבועים לבעייתיים.

בניית הכידון (הסבר)
שמו של מחליף חום מסוג PTFE בסגנון כידון נובע מהמראה של נורה או צימוד צינור בסגנון -כידון, שבה חלק אחד מוכנס לתוך חלק אחר ומאובטח בנקודה אחת. צינור הכידון מורכב משני צינורות קונצנטריים, הצינור הפנימי והצינור החיצוני, אטומים בקצה הרחוק במינוח של מחליף חום. המכלול ממוקם בתוך מעטפת (או ישר לתוך מיכל) והוא מאובטח רק בקצה הכניסה/יציאה-בדרך כלל ביריעת צינור או אוגן. הקצה השני של המוט חופשי להתרחב ולהתכווץ תרמית.

עם תצורת כידון, תוואי הנוזל בנוי בדרך כלל כך:

נוזל השירות (קיטור, מים חמים או נוזל קירור) מסופק דרך הצינור הפנימי וזורם לקצה האטום.

הנוזל מסובב בקצה האטום וזורם בחזרה באזור הטבעתי שבין הצינורות הפנימיים והחיצוניים.

החום מועבר לנוזל התהליך בצד המעטפת (או בצד המיכל) דרך דופן הצינור החיצוני.

לאחר מכן הנוזל יוצא דרך החלל הטבעתי, החוצה באותו קצה שנכנס אליו.

ערוץ הזרימה "in-and-out" מציין שגם מחברי הכניסה וגם היציאה נמצאים באותו קצה של המחליף. הקצה החופשי של צינור הכידון חופשי למעט באטם והוא חופשי לנוע בציר.

הבדלים עיקריים עם עיצובי צינורות קבועים מסורתיים
במחליף חום PTFE קבוע קבוע, הצינורות מקובעים בשני הקצוות, עם יריעת צינור בקצה הכניסה והשני בקצה היציאה. צרור הצינורות הוא חלק אינטגרלי מהקליפה וחירי הצד- של המעטפת מרותכים לקליפה. ההתנהגות המכנית וקלות התחזוקה שונים בתכלית.

לינה במתח תרמי
בנוסף, ההתפשטות של PTFE גדולה פי 10 עד 20 מזו של פלדה (120 עד 150 × 10-6/מעלה לעומת 11 × 10-6/מעלה). בעיצוב יריעת צינורות קבועה, צינור PTFE באורך 2 מ' מחומם מ-20 מעלות ל-100 מעלות מתרחב כ-12-15 מ"מ. שני הקצוות קבועים, ולכן התרחבות זו מייצרת כוחות דחיסה שיכולים לחסום את צינור ה-PTFE או לפגוע במפרקי יריעת הצינור. כדי להימנע מכך, מחליף PTFE עם יריעות צינור קבוע יצטרך:

ראש צף (המאפשר לזוז של יריעת שפופרות אחת), או

מפרק התפשטות במעטפת; לְחִלוּפִין,

אורכי צינור קצרים מאוד (הגבלת הקיבולת של המחליף)

כל אחת מהאפשרויות הללו מוסיפה הוצאות, מורכבות ואתרי דליפות אפשריים.

מצד שני, מחליף חום PTFE בסגנון כידון סובל באופן מהותי להתפשטות תרמית. הקצה החופשי של צינור הכידון מחליק בצורה צירית במעטפת או במעטפת החיצונית כאשר ה-PTFE מתרחב ומתכווץ. הצורך במפרק הרחבה, ראש צף או התאמת חומרים ייחודיים מתבטל. צורת הכידון אטרקטיבית במיוחד עבור יישומים הכוללים תנודות טמפרטורה גדולות או רכיבה על אופניים תרמיים תכופים.

גישה לתחזוקה והסרה של חבילות
לעיצוב הכידון יש יתרון מכאני גדול בכך שניתן להסיר את צרור הצינורות כולו מהמחליף מבלי לשבש את הצנרת הצדדית של המעטפת.- הצרור מוכנס למעטפת בקצה אחד ומוחזק במקומו על ידי אוגן בודד או יריעת שפופרת. כדי להסיר את החבילה לצורך ניקוי, בדיקה או החלפה:

צינור הכניסה/יציאה לצד הצינור מנותק.

הסר את ברגי האוגן של הצרור.

הצרור נשלף מהקליפה בכיוון הצירי.

המעטפת במקומה וכל צינורות הצד-של המעטפת (כולל חרירים, אטמים ומחברים) שלמים.

בעיצוב יריעת צינורות קבועה, הסרת צרור הצינורות היא הרבה יותר מסובכת. יש לפתוח את שני קצוות המעטפת, וייתכן שיהיה צורך לנתק את חרירי הצד של המעטפת או להסיר את כל המחליף מהקו. זה עשוי להיות פרויקט גדול עבור מחליפים גדולים במקומות תהליכים עמוסים.

עבור שירותים שבהם יש צורך בניקוי שוטף (לדוגמה,-לכלוך של אמבטיות לגימור משטחים המועדים), קלות הסרת החבילות במחליף כידון היא יתרון מכריע. צרור כידון לוקח שעות בלבד להישלף, לנקות ולהחזיר אותו; צרור יריעות קבוע יכול להיות יום שלם או יותר של השבתה.

בעיות תרמיות עם ביצועים
לעיצוב הכידון יש פגיעה בביצועים תרמיים-. נתיב הזרימה הטבעתי (הנוזל הזורם בצינור הפנימי ובחזרה דרך הטבעת) נותן אפקט צינור כפול-. ישנן שתי סיבות לכך שמקדם העברת החום הכולל נמוך במידת מה מעיצוב יריעת צינור קבועה בזרימה נגדית דומה:

הפרש טמפרטורה יעיל מופחת - דפוס הזרימה אינו זרימה נגדית טהורה, אלא תערובת של זרימה נגדית וזרימה מקבילה, מה שמקטין את הפרש הטמפרטורה הממוצעת (LMTD).

מהירות נמוכה יותר בצד הטבעת - עבור אותו קצב זרימה כולל לרווח הטבעתי עשוי להיות מהירות נמוכה יותר מאשר צינור בודד וזה משפיע על מקדם הסרט.

עם זאת, הפחתה זו היא לעתים קרובות קטנה (10-20%) ולעתים קרובות מתמודדת עם האפשרות להשתמש בצינורות ארוכים יותר (מכיוון שההתפשטות התרמית אינה גורם מגביל) ולפעול במהירויות גבוהות יותר בצד המעטפת. ביישומי גימור משטחים רבים יתרונות השירות עולים בהרבה על חסרון היעילות הקטן.

חומרים ובנייה
מחליפי כידון פופולריים לבניית גרפיט ו-PTFE מכיוון שהם שבירים או זוחלים תחת לחץ ולחומרים אלו יש התפשטות תרמית משמעותית. עיצוב הכידון עובד עם איכויות החומר, לא נגדן.

במחליפי כידון PTFE, הצינורות הפנימיים והחיצוניים מיוצרים בדרך כלל מ-PTFE או PFA (perfluoroalkoxy). הקצה האטום נעשה על ידי ריתוך או איחוי חום של שני הצינורות יחד. הקצה החופשי פתוח והצינור הפנימי עובר דרך יריעת שפופרת או פרוס. הצינור החיצוני אטום כנגד יריעת הצינור על ידי אטם PTFE או טבעת O- המאפשרת הזזה צירית ומונעת דליפה.

יש לציין כי יש להחזיק את הקצה החופשי של צינור הכידון כדי למנוע רטט. בצינורות כידון ארוכים (לדוגמה . 3-5 מ') טבעות תמיכה ביניים או בפלצים משמשים בתוך המעטפת כדי להנחות את הצינור החיצוני מבלי לעכב את התנועה הצירית. ללא תמיכה זו, רטט המושרה על ידי זרימה- עלול לגרום לבלאי עצבני וכשל מוקדם.

טבלת השוואה: כידון לעומת מחליף צינורות PTFE קבוע תכונה מחליף כידון סגנון PTFE מחליף צינורות מחליף צינורות PTFE קבוע קיבוע קצה אחד קבוע, קצה אחר חופשי לתנועה שני הקצוות מחוברים ליריעות צינור
הרחבה תרמית לינה אינהרנטית - מגלשות קצה חופשיות; אין צורך במפרק הרחבה דורש ראש צף, מפרק הרחבה או צינורות קצרים במיוחד
ניתנות להסרה של צרור קל לשלוף צרור מקצה אחד מבלי לשבש את צנרת המעטפת צרכים קשים פירוק של שני הקצוות כרוך לעתים קרובות בהסרה של מחליף מהקו
חרירים ב-Shell יכולים להישאר מחוברים במהלך הסרת החבילה יש לנתק או להזיז את החלפת
חיבורי צד צינור כניסה ויציאה באותו קצה כניסה ויציאה בקצוות מנוגדים (בדרך כלל)
נתיב זרימה פנימה והחוצה דרך צינורות קונצנטריים (אפקט צינור כפול-) ישר דרך (מעבר אחד) או מעבר רב- עם מכסה מנוע חוזר
יעילות תרמית מופחתת מעט (מקדם תיקון LMTD 0.85-0.95) גבוה יותר (עשוי לקבל זרימה נגדית אמיתית)
מקסימום ממוצע אורך צינור טיפול ורטט מוגבל מתח תרמי מוגבל על ידי התפשטות תרמית (בדרך כלל 1.5-2.5 מ' עבור PTFE ללא מפרק התפשטות)
סובלנות לעסות טובה, החבילה ניתנת להסרה לניקוי הוגן - ניקוי לוקח זמן נוסף מחוץ לפעילות
מחיר ליחידות קטנות. יריעת צינור בודדת - בינונית, ללא מפרק התפשטות תחתון - הרכבה קלה יותר עבור צינורות קצרים
עלות יחידות גדולות/ארוכות נמוך יותר - אין צורך במפרקי התפשטות יקרים יותר גבוה יותר - ראש צף או מפרק התפשטות מגדילים את העלות
שימושים מעשיים עבור מחליפי חום של כידון PTFE
בעיבוד כימי ובגימור פני השטח עדיף עיצוב הכידון עבור מספר מקרים מיוחדים:

מחזור תרמי חמור - נהלי אצווה עם מספר מחזורי חימום וקירור של המחליף מדי יום. צינורות הכידון ההזזה החופשיים- מאפשרים רכיבה זו ללא הצטברות מתח.

שירותי זיהומים - אמבטיות שמותירות אבנית, בוצה או ציפויים אורגניים על משטח העברת החום. חשוב להיות מסוגל למשוך את הצרור לניקוי מכני או כימי על בסיס קבוע.

סביבות חומצה אגרסיביות הזקוקות ל-PTFE - PTFE אינרטי מבחינה כימית ומצוין עבור חומצות אגרסיביות (למשל הידרוכלורי, גופרית, הידרופלואורי). עיצוב כידון מפחית את מספר האטמים ונקודות הדליפה הפוטנציאליות בצד הצינור.

שטח גישה מוגבל - כאשר צריך לבנות את המחליף בבור, מול קיר או במיקום שבו לא ניתן להשיג גישה לשני הקצוות. מחליף כידון מטופל בקצה אחד בלבד.

התקנות מחדש - החלפת מחליף גליונות צינור קבוע קיים עם בעיות עייפות תרמית. הסיבה העיקרית לכשלים אלו מוסרת על ידי תכנון הכידון.

לעומת זאת, מערכות צינורות קבועות עדיין מתחרות על:

מחליפים קטנים וקצרים (אורך צינור < 1.5 מ') כאשר התפשטות החום אינה מהווה בעיה.

יישומים ללא רכיבה תרמית. נוזלים טהורים מאוד.

כאשר יש צורך בזרימה נגדית טהורה כדי למקסם את ה-LMTD (למשל התאוששות חום בגישה קרובה לטמפרטורה).

פרויקטים עם מגבלות תקציב שבהם העלות הנמוכה ביותר מראש היא המניע העיקרי.

שיקולי התקנה ותפעול
ישנם מספר היבטים מעשיים שיש לקחת בחשבון בציון מחליף חום PTFE בסגנון כידון.

תמיכה בקצה החופשי יש לתמוך בקצה החופשי של צינור הכידון, אך לא לקבע אותו בחוזקה. מגע מתכת-ל-עם PTFE נמנע באמצעות שרוולי PTFE בלאי או טבעות חיכוך נמוכות-.

עיצוב אטם - אטם הזזה לכניסת הצינור החיצוני ליריעת הצינור יאפשר תנועה צירית ללא דליפה. הנפוצים הם אטמי שפתיים PTFE או טבעות O- עם חומרי אנרגיה קפיציים.

חלוקת זרימה - ודא שהרווח הטבעתי גדול מספיק כדי למנוע ירידה מוגזמת בלחץ. הפער הוא בדרך כלל 2-5 מ"מ, תלוי בקוטר הצינור ומהירות הזרימה.

רטט של צינור - יש למקם את הבלבול או לוחות התמיכה במרווחים של 0.5-1.0 מטר כדי למנוע רטט המושרה במערבולת. התומכים יאפשרו הזזה צירית.

שימו לב גם שניתן להתקין מחליפי כידון במספרים רבים במעטפת אחת. עיצוב הכידון הרב- משתמש במספר רב של צינורות כידון במקביל, כולם מהודקים באותה יריעת צינורות. סידור זה נותן שטח גדול להעברת חום וגישה לתחזוקה מקצה אחד בלבד.

מַסְקָנָה