Izazov ekspozicije na otvorenom
Hidrometalurška postrojenja postavljaju izmjenjivače topline na otvorenom. Ekstrakcija bakra rastvaračem, ispiranje nikla laterita i CIP krugovi zlata rade pod otvorenim-sklonima ili su potpuno izloženi suncu, kiši i temperaturnim promjenama. Glave izmjenjivača topline-razdjelnici koji povezuju snopove cijevi sa procesnim cjevovodima-suočeni su sa najtežim uslovima.
Sunčeva svjetlost isporučuje ultraljubičasto zračenje koje razgrađuje polimere. Dnevni temperaturni ciklusi od skoro-smrznutih noći do 40 stepeni popodneva stvaraju naprezanja toplinske ekspanzije. Vjetar{4}}kiša i prašina erodiraju površine. Aktivnosti održavanja izlažu opremu slučajnom udaru alata i mobilne opreme.
Dizajn glave mora štititi spojeve cijevi-na-priključcima dok preživi ove uslove decenijama. Tri pristupa dizajnu se takmiče: sve-PTFE glave, PVDF glave i metalne-oklopljene PTFE glave. Svaki se drugačije nosi s vanjskim okruženjem.
Opcije dizajna glave
Sve-PTFE glave koriste isti fluoropolimer kao i cijevi. Hemijska kompatibilnost je identična. Cijela vlažna površina otporna je na procesne kiseline. Ali PTFE ima nisku mehaničku krutost. Velike nepodržane konstrukcije glave mogu puzati ili se deformirati pod stalnim opterećenjima. Vijčani prirubnički spojevi zahtijevaju pažljivo upravljanje momentom kako bi se spriječilo curenje dok PTFE hladni-teče.
PVDF glave nude veću krutost i snagu od PTFE. Materijal se lako obrađuje u složene oblike zaglavlja. Hemijska otpornost je dobra, ali nije univerzalna-PVDF je napadnut jakim nagrizajućim tvarima, određenim rastvaračima i dimećim kiselinama iznad 120 stepeni. Za hidrometalurške primjene koje uključuju sumpornu kiselinu na umjerenim temperaturama, PVDF pruža adekvatnu hemijsku otpornost sa superiornim mehaničkim svojstvima.
Metalne{0}}oklopne glave pokrivaju PTFE oblogu unutar čelične ili FRP strukturne školjke. Podloga pruža hemijsku otpornost. Školjka pruža mehaničku čvrstoću. Ovaj hibridni dizajn kombinuje najbolje od oba materijala. Kazna je veća cijena i složenija izrada.
Tabela 1: Poređenje dizajna glave za vanjske instalacije PTFE izmjenjivača topline
| Head Design | UV otpornost | Tolerancija termičkog ciklusa | Otpornost na udarce | Hemijska kompatibilnost | Relativni trošak |
|---|---|---|---|---|---|
| Sve-PTFE | Odličan (bez degradacije) | Dobar (fleksibilan, nizak stres) | Loše (lako se oštećuju) | Universal | Umjereno |
| PVDF | Dobro (potrebni su UV stabilizatori) | Umjereno (tvrđi, veći termički stres) | Dobro | Ograničeno (izbjegavajte jake nagrizajuće tvari, rastvarače) | Niska-Umjerena |
| Metalni{0}}oklop (čelik/PTFE) | Odličan (metalni štitovi od UV zraka) | Odlično (čelik upravlja stresom) | Odlično | Univerzalno (PTFE obloga) | Visoko |
| Metalni{0}}oklop (FRP/PTFE) | Odličan (FRP štiti od UV zraka) | Dobro (FRP termička ekspanzija bolje odgovara PTFE-u) | Dobro | Univerzalno (PTFE obloga) | Visoko |
Mehanizam UV degradacije
Nezaštićeni polimeri se razgrađuju pod sunčevim UV zrakama kroz foto{0}}oksidaciju. Polimerni lanci se lome, uzrokujući krtost, promjenu boje i eventualno pucanje. PTFE je jedinstveno otporan. Veza ugljenika-fluora je jača od energije UV fotona u zemaljskom sunčevom spektru. PTFE ne zahtijeva UV stabilizatore i ne degradira se nakon decenija potpunog-izlaganja suncu.
PVDF apsorbira dio UV zraka i zahtijeva čađu ili druge stabilizatore. Pravilno stabilizirani PVDF traje godinama na otvorenom, ali dolazi do krede površine i postepenog gubitka svojstva. Nestabilizirani PVDF može postati krt u roku od nekoliko mjeseci.
Metalne{0}}oklopne glave u potpunosti eliminišu izlaganje UV zračenju za unutrašnju polimernu oblogu. Čelična ili FRP školjka apsorbira sve UV zrake. Obloga vidi samo procesnu tečnost.
Termički ciklus i mehanički utjecaj
Instalacije na otvorenom svakodnevno doživljavaju termalni ciklus. PTFE ima visok koeficijent termičke ekspanzije-otprilike 10 puta veći od čelika. Sve-PTFE glave se značajno šire i skupljaju. Fleksibilnost PTFE-a prilagođava ovo kretanje ako spojevi cjevovoda uključuju karakteristike proširenja. Čvrsto montirane sve-PTFE glave stvaraju naprezanje na spojevima.
PVDF ima niži koeficijent ekspanzije, bliži čeliku. Toplotna naprezanja su niža. Vijčani spojevi bolje održavaju obrtni moment kroz temperaturne cikluse.
Metalne{0}}oklopne glave koriste čeličnu školjku za upravljanje termičkim širenjem. PTFE obloga pluta unutra, izolirana od strukturalnih opterećenja. Prirubnički spojevi su čelik-na-čelik, eliminišući zabrinutost zbog puzanja polimera.
Otpornost na udarce bitna je tokom održavanja. Ispušteni ključ može slomiti cijelu-PTFE glavu. PVDF bolje odolijeva udarima. Metalne{4}}oklopne glave su u suštini neuništive u normalnom industrijskom rukovanju.
Rezime
Dizajn glave izmjenjivača topline od PTFE za vanjske hidrometalurške usluge balansira UV otpornost, toleranciju na termičke cikluse i mehaničku izdržljivost. Sve-PTFE glave pružaju univerzalnu hemijsku kompatibilnost i odličnu UV otpornost, ali ograničenu mehaničku robusnost. PVDF nudi bolju krutost i otpornost na udar uz adekvatnu hemijsku kompatibilnost za većinu procesa zasnovanih na sumpornoj kiselini-. Metalni-oklopni dizajni pružaju maksimalnu izdržljivost uz veću cijenu.
Za trajne vanjske instalacije s visokim zahtjevima za pouzdanost, prednost se daje metalnim-oklopnim ili svim-PTFE glavama. PVDF odgovara manje kritičnim aplikacijama sa umjerenom izloženošću kemikalijama.
Inženjerske preporuke za odabir dizajna glave izmjenjivača topline PTFE dostupne su nakon podnošenja kemijskih podataka procesa, raspona temperature okoline, izlaganja suncu, procjene mehaničke opasnosti i specifikacija za spoj cijevi.
