Problem troškova pumpanja u krugovima za ispiranje
Hidrometalurški krugovi za luženje pokreću agresivne kiselinske otopine kroz kilometre cjevovoda, reaktora i izmjenjivača topline. Troškovi pumpanja predstavljaju veliki operativni trošak. Svaki pad pritiska u izmenjivaču toplote povećava račun za energiju.
Metalni izmjenjivači topline razvijaju hrapavost unutrašnje površine kako korozija napreduje. Ono što počinje kao unutrašnjost glatke cijevi degradira se u izdubljene površine s faktorima trenja višestrukim od projektnih vrijednosti. Ispusni pritisak pumpe raste kako bi se održao protok. Potrošnja energije raste. Na kraju, krug ne može postići projektovane brzine protoka bez nadogradnje pumpe.
Problem se vremenom povećava. Korozija hrapava površine. Grube površine povećavaju trenje. Veće trenje zahtijeva više energije pumpanja. Povratna sprega se ubrzava sve dok intervencija održavanja ne zamijeni izmjenjivač.
Hrapavost površine i faktor trenja
Pad pritiska u cijevima izmjenjivača topline slijedi Darcy-Weisbach odnos. Za turbulentno strujanje faktor trenja ovisi o hrapavosti površine u odnosu na promjer cijevi. Nova cijev od nehrđajućeg čelika hrapavosti 0,0015 mm ima Darcyjev faktor trenja od približno 0,019. Nakon dvije godine u službi kiselog luženja, površinska rupica povećava hrapavost na 0,05 mm, skoro udvostručavajući faktor trenja.
Nizvodna posljedica je povećana potreba za glavom pumpe. Krug dizajniran za pad tlaka od 3 bara kroz izmjenjivač topline prilikom instalacije može zahtijevati 5 bara nakon što korozija ohrapa površinu. Pumpa mora raditi jače, trošeći 60-70% više energije za isti protok.
Tabela 1: Poređenje hrapavosti površine i pada pritiska u izmjenjivačima topline u krugu za ispiranje
| Materijal cijevi | Početna hrapavost (mm) | Hrapavost nakon 2 godine (mm) | Povećanje relativnog pada pritiska |
|---|---|---|---|
| SS 316L u luženju HCl | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| Titanijum u H₂SO₄ luži | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE (djevica) | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
Podaci iz objavljenih tablica trenja cijevi i terenskih mjerenja u operacijama luženja bakra i nikla.
Prednost PTFE glatkog{0}}provrta
PTFE cijev ima početnu hrapavost površine od približno 0,0013 mm, što je uporedivo sa izvučenom metalnom cijevi. Kritična razlika je u tome što se ova hrapavost nikada ne povećava. PTFE ne korodira, ne stvara jame ili kamenac. Unutrašnja površina nakon pet godina kiselosti identična je površini prvog dana.
Niska površinska energija PTFE-a pruža dodatnu operativnu korist. Jedinjenja koja stvaraju kamenac{1}}a koja prianjaju na metalne površine imaju tendenciju da odvajaju PTFE. Kalcijum sulfat, metalni hidroksidi i drugi precipitati nalaze manje mesta nukleacije na površini fluoropolimera.
Pad pritiska na PTFE izmenjivaču toplote ostaje stabilan tokom njegovog radnog veka. Proračuni veličine pumpe napravljeni pri instalaciji ostaju važeći godinama kasnije. Potrošnja energije za pumpanje ne raste prema gore. Brzine protoka u krugu ostaju na projektnim vrijednostima bez inkrementalnog povećanja brzine pumpe.
Fleksibilnost rasporeda smanjuje pad pritiska u sistemu
Dugi{0}}krugovi za ispiranje često zahtijevaju izmjenjivače topline na lokacijama ograničenim postojećim strukturama, rasporedom rezervoara i cijevima. Metalni izmjenjivači s fiksnom konfiguracijom školjke-i-cijevnih cijevi prisiljavaju na kompromise cjevovoda koji dodaju krivine, koljena i dodatnu dužinu.
Fleksibilni PTFE uranjajući namotaji se mogu konfigurirati tako da se uklope direktno u postojeće rezervoare ili kanale, eliminišući u potpunosti eksterne -i-izmjenjivače i njihove povezane padove tlaka u cjevovodu. Zavojnica se jednostavno uranja u rastvor za luženje. Jedini pad pritiska je unutrašnji krug pare ili tople vode, koji je minimalan.
Kada su potrebni eksterni PTFE izmjenjivači topline, lagani snopovi fluoropolimera pojednostavljuju potporne strukture i smanjuju potrebu za teškim postoljima cijevi i ekspanzijskim petljama koje su uobičajene za metalne izmjenjivače na dugim stazama.
Terenska zapažanja iz operacije luženja bakra
Postrojenje za ekstrakciju rastvarača za izluživanje bakra zamijenilo je dva izmjenjivača topline od nehrđajućeg čelika-i-sa čahurama i cijevima sa PTFE imerzionim kalemovima postavljenim direktno u rezervoare rastvora za izluživanje. Izmjenjivači od nehrđajućeg čelika razvili su unutarnju hrapavost tokom tri godine, povećavajući pad tlaka u krugu sa 2,8 bara na 4,6 bara.
Potrošnja energije pumpe porasla je za 55% u istom periodu. Nakon-zamjene, pad tlaka u krugu se vratio na 2,7 bara sa PTFE namotajima. Potrošnja energije pumpe se vratila na skoro{5}}originalne nivoe. Samo godišnja ušteda električne energije za pumpanje povratila je 40% kapitalnih troškova PTFE zavojnice u prvoj godini.
Rezime
Korodirani metalni izmjenjivači topline povećavaju pad tlaka u krugovima za ispiranje kroz progresivno hrapavost površine. Veće trenje zahtijeva više energije pumpanja, povećavajući kontinuirano operativne troškove do zamjene.
PTFE izmjenjivači topline održavaju svoju početnu glatku površinu na neograničeno vrijeme. Pad pritiska ostaje konstantan. Potrošnja energije pumpe se ne mijenja. Fleksibilnost konfiguracija imerzionog namotaja može u potpunosti eliminirati pad tlaka vanjskog izmjenjivača postavljanjem površine za prijenos topline direktno u procesne spremnike.
Za operacije ispiranja koje procjenjuju zamjenu izmjenjivača topline, inženjerska analiza je dostupna nakon podnošenja trenutnih podataka o padu tlaka u krugu, brzinama protoka, hemiji otopine za ispiranje i dostupnim specifikacijama medija za grijanje.
