Pokretač troškova termalnog biciklizma
Sistem grijanja hemijskog reaktora kruži od 25 stepeni do 150 stepeni i nazad dva puta dnevno - 730 punih termičkih ciklusa godišnje. Svaki ciklus opterećuje materijale izmjenjivača topline kroz diferencijalno toplinsko širenje između površine prijenosa topline i strukturalne podloge.
Čelični izmjenjivači topline obloženi staklom{0}}izrađuju se spajanjem sloja borosilikatnog stakla sa čeličnom školjkom pod uglom od približno 850 stepeni. Staklo i čelik imaju različite koeficijente toplinske ekspanzije: staklo na 3-6 × 10⁻⁶/ stepen, čelik na 12-15 × 10⁻⁶/ stepen. Razlika od 2-4× znači da se tokom svakog termičkog ciklusa staklo i čelik šire i skupljaju različitim brzinama. Naprezanje na smicanje se razvija na sučelju staklo-čelik.
PTFE izmenjivači toplote nemaju interfejs. Zid cijevi je homogeni fluoropolimer. Toplotno širenje se prilagođava elastičnom deformacijom cijele debljine zida. Ne razvija se diferencijalni stres. Implikacije troškova održavanja ove fundamentalne razlike su značajne tokom životnog veka opreme merene decenijama.
Režim kvara staklenog prskanja
Pod ponovljenim termičkim ciklusom, kumulativno smično naprezanje na sučelju stakla{0}}čelika uzrokuje progresivno oštećenje. Mikro-pukotine nastaju na mikroskopskim defektima u staklenim-mjehurićima, inkluzijama ili tankim mrljama od originalne izrade. Svaki termički ciklus malo produžava pukotine.
Na kraju se pukotine spajaju i komad stakla se odvaja od čelične podloge. Ovo je ljuštenje. Područje razbijenog čelika izlaže procesnoj kemikaliji. U kiseloj upotrebi, čelik brzo korodira. Proizvodi korozije mogu kontaminirati proces. Izloženo područje raste kako hemikalija potkopava susjedno staklo. Izmjenjivač topline se mora isključiti iz upotrebe radi ponovnog stakla.
Ponovno staklo nije popravka na terenu. Cijeli izmjenjivač se mora ukloniti, otpremiti u specijaliziranu ustanovu, odstraniti preostalo staklo, ponovo zastakliti, zapaliti, testirati i vratiti. Proces traje 4-8 sedmica. Proizvodnja se gubi za vrijeme trajanja osim ako nije dostupan rezervni izmjenjivač. Cijena rezervnog-kupljenog, uskladištenog i održavanog rezervnog uređaja-mora biti uključena u cijenu životnog ciklusa.
Tabela 1: Poređenje troškova održavanja preko 10 godina (730 termičkih ciklusa/godišnje, 25-150 stepeni)
| Element troškova održavanja | Stakleni{0}}čelik obložen | PTFE |
|---|---|---|
| Očekivani vijek trajanja staklene obloge pod termičkim ciklusom (godine) | 3-6 | N/A (bez podstave) |
| Reglasing događaja preko 10 godina | 1-3 | 0 |
| Troškovi ponovnog stakla po događaju (% nove opreme) | 50-80% | N/A |
| Vrijeme zastoja po događaju ponovnog stakla (sedmice) | 4-8 | N/A |
| Potreban rezervni izmjenjivač | Da (za održavanje proizvodnje tokom ponovnog stakla) | br |
| Trošak godišnje inspekcije | Umjereno (testiranje varnica na defekte stakla) | Niska (vizuelna + ultrazvučna debljina) |
| Mogućnost popravke na terenu | Nema (bilo kakvo oštećenje stakla=fabrička popravka) | Da (čepljenje cijevi ili zamjena) |
| Zastoj u popravci zbog manjih oštećenja | Sedmice (fabričko staklo) | Radno vrijeme (popravka na terenu) |
| Ukupni 10-godišnji troškovi održavanja (relativni) | 2-4× početni trošak opreme | 0,1-0,3× početni trošak opreme |
Prednost popravke na terenu
Kada PTFE cijev izmjenjivača topline razvije curenje-obično nakon mnogo godina rada zbog stanjivanja puzanja-popravka se obavlja na terenu. Oštećena cijev se identifikuje ispitivanjem pritiska. Priključuje se na oba priključka sa PTFE utikačima. Izmjenjivač se vraća u rad u roku od nekoliko sati, radeći s neznatno smanjenim kapacitetom.
Ako je smanjenje kapaciteta zbog začepljenja neprihvatljivo, oštećena cijev ili dio snopa cijevi mogu se zamijeniti tijekom sljedećeg planiranog zaustavljanja održavanja. Zamjena je mehanička: odvrnite kompresione spojnice, uklonite oštećenu cijev, umetnite novu cijev, ponovo-zategnite spojeve. Nije potrebna specijalizirana ustanova. Popravku obavlja osoblje za održavanje postrojenja koristeći standardne alate.
Ova mogućnost popravke na terenu eliminiše potrebu za rezervnim izmenjivačem. Eliminiše prekid proizvodnje od 4-8 nedelja za fabričko ponovno staklo. Omogućava da se održavanje planira i kontroliše, a ne da ga diktiraju događaji kvara stakla.
Kontrast jednostavnosti inspekcije
Čelik obložen staklom{0}} zahtijeva periodično testiranje varnica da bi se otkrili defekti stakla. Visokonaponska sonda- prolazi preko staklene površine; iskra ukazuje na defekt koji prodire do čelika. Test zahteva da izmenjivač bude prazan i suv. To oduzima vrijeme-i otkriva samo nedostatke koji već postoje-ne može predvidjeti kada će se sljedeći kvar formirati.
PTFE izmjenjivači topline se pregledavaju ultrazvučnim mjerenjem debljine stijenke-brzo, ne-destruktivno i izvodljivo bez uklanjanja izmjenjivača iz upotrebe. Mjerenja prate sporo, predvidljivo napredovanje stanjivanja puzanja. Buduća debljina zida može se predvideti iz trenutnih merenja, što omogućava planiranje zamene godinama unapred.
Rezime
PTFE izmjenjivači topline nude znatno niže troškove održavanja od čelika obloženog staklom-u termički cikličnom servisu jer PTFE nema oblogu od ljuspica, nema različitu vezu materijala sa zamorom i konstrukciju-popravljivu na terenu koja eliminiše potrebu za fabričkim ponovnim staklom i rezervnim izmjenjivačima. Tokom perioda od 10- godina, troškovi održavanja PTFE-a su 0,1-0,3 puta veći od početnih troškova opreme, u poređenju sa 2-4 puta za čelik obložen staklom.
Mogućnost popravke PTFE izmjenjivača na terenu u roku od nekoliko sati, u usporedbi s sedmicama potrebnim za ponovno staklo, pruža prednosti dostupnosti proizvodnje koje često premašuju direktne uštede troškova održavanja.
Inženjerska analiza za izbor materijala izmjenjivača topline s termičkim ciklusom dostupna je nakon podnošenja raspona radne temperature, frekvencije ciklusa, hemije procesa, evidencije trenutnih troškova održavanja i podataka o troškovima zastoja u proizvodnji.
