Toplotno ciklično gonilo stroškov
Ogrevalni sistem kemičnega reaktorja ciklično kroži od 25 stopinj do 150 stopinj in nazaj dvakrat na dan – 730 polnih toplotnih ciklov na leto. Vsak cikel obremeni materiale izmenjevalnika toplote z različno toplotno ekspanzijo med površino za prenos toplote in strukturnim substratom.
S steklom prevlečeni jekleni toplotni izmenjevalniki so izdelani s taljenjem plasti borosilikatnega stekla na jekleno lupino pri približno 850 stopinjah. Steklo in jeklo imata različne koeficiente toplotnega raztezanja: steklo pri 3-6 × 10⁻⁶/ stopinjo, jeklo pri 12-15 × 10⁻⁶/stopino. Razlika 2–4 × pomeni, da se steklo in jeklo med vsakim toplotnim ciklom širita in krčita z različnimi hitrostmi. Na meji steklo-jeklo se razvije strižna napetost.
PTFE toplotni izmenjevalniki nimajo vmesnika. Stena cevi je homogen fluoropolimer. Toplotno raztezanje se prilagodi z elastično deformacijo celotne debeline stene. Diferencialni stres se ne razvije. Posledica te temeljne razlike v stroških vzdrževanja je znatna glede na življenjsko dobo opreme, merjeno v desetletjih.
Način okvare stekla
Pri ponavljajočih se toplotnih ciklih kumulativna strižna napetost na vmesniku steklo-jekla povzroči progresivno poškodbo. Mikro-razpoke se začnejo pri mikroskopskih napakah v steklenih-mehurčkih, vključkih ali tankih lisah iz prvotne izdelave. Vsak toplotni cikel nekoliko razširi razpoke.
Sčasoma se razpoke povežejo in kos stekla se loči od jeklene podlage. To je drobljenje. Razdrobljeno območje izpostavlja golo jeklo procesni kemikaliji. Pri uporabi s kislino jeklo hitro korodira. Produkti korozije lahko onesnažijo proces. Izpostavljeno območje se poveča, ko kemikalija spodkopava sosednje steklo. Toplotni izmenjevalnik je treba ukiniti zaradi ponovnega stekla.
Ponovno steklanje ni popravilo na terenu. Celoten izmenjevalnik je treba odstraniti, poslati v specializiran obrat, odstraniti preostalo steklo, ponovno zastekliti, žgati, preizkusiti in vrniti. Postopek traja 4-8 tednov. Proizvodnja je izgubljena za čas trajanja, razen če je na voljo rezervni izmenjevalnik. Stroški rezervnega-kupljenega, shranjenega in vzdrževanega dela morajo biti vključeni v stroške življenjskega cikla.
Tabela 1: Primerjava stroškov vzdrževanja v 10 letih (730 toplotnih ciklov/leto, 25-150 stopinj)
| Element stroškov vzdrževanja | Stekleno-jeklo | PTFE |
|---|---|---|
| Pričakovana življenjska doba steklene obloge pri termičnih ciklih (leta) | 3-6 | N/A (brez podloge) |
| Preoblikovanje dogodkov nad 10 let | 1-3 | 0 |
| Stroški ponovnega stekla na dogodek (% nove opreme) | 50-80% | N/A |
| Čas nedelovanja na dogodek ponovnega stekla (tedni) | 4-8 | N/A |
| Potreben rezervni izmenjevalnik | Da (za vzdrževanje proizvodnje med ponovnim steklanjem) | št |
| Stroški letnega pregleda | Zmerno (testiranje z iskro za napake na steklu) | Nizka (vizualna + ultrazvočna debelina) |
| Možnost popravila na terenu | Brez (poškodba stekla=tovarniško popravilo) | Da (zamašitev cevi ali zamenjava) |
| Popravilo izpadov za manjše poškodbe | Tedni (tovarniško steklo) | Ure (popravilo na terenu) |
| Skupni 10-letni stroški vzdrževanja (relativni) | 2-4× začetni stroški opreme | 0,1-0,3× začetni stroški opreme |
Prednost popravila na terenu
Ko cev toplotnega izmenjevalnika iz PTFE začne puščati-običajno po mnogih letih uporabe zaradi redčenja zaradi lezenja-se popravilo izvede na terenu. Poškodovano cev prepoznamo s tlačnim preizkusom. Na obeh konektorjih je zamašen s PTFE čepi. Izmenjevalec se vrne v obratovanje v nekaj urah in deluje z nekoliko zmanjšano zmogljivostjo.
Če je zmanjšanje zmogljivosti zaradi zamašitve nesprejemljivo, lahko poškodovano cev ali odsek cevnega snopa zamenjate med naslednjim načrtovanim vzdrževalnim izstopom. Zamenjava je mehanska: odvijte kompresijske nastavke, odstranite poškodovano cev, vstavite novo cev, ponovno -pritegnite nastavke. Posebna ustanova ni potrebna. Popravilo opravi osebje za vzdrževanje naprave z uporabo standardnih orodij.
Ta možnost popravila na terenu odpravlja potrebo po rezervnem izmenjevalniku. Odpravlja 4-8 tedenski izpad proizvodnje za tovarniško ponovno steklanje. Omogoča načrtovanje in nadzor vzdrževanja, namesto da bi ga narekovali dogodki okvare stekla.
Kontrast preprostosti pregleda
Jeklo, obloženo s steklom, zahteva občasno testiranje isker, da se odkrijejo napake na steklu. Visoko{2}}napetostna sonda se spusti čez stekleno površino; iskra kaže na napako, ki prodre v jeklo. Test zahteva, da je izmenjevalnik prazen in suh. Je zamuden-in zazna samo napake, ki že obstajajo-ne more predvideti, kdaj se bo pojavila naslednja napaka.
PTFE toplotni izmenjevalniki so pregledani z ultrazvočnim merjenjem debeline stene-hitro, ne-destruktivno in izvedljivo brez odstranitve izmenjevalnika iz uporabe. Meritve sledijo počasnemu, predvidljivemu napredovanju redčenja zaradi lezenja. Prihodnjo debelino stene je mogoče predvideti iz trenutnih meritev, kar omogoča načrtovanje zamenjave več let vnaprej.
Povzetek
Toplotni izmenjevalniki PTFE nudijo znatno nižje stroške vzdrževanja kot jeklo s steklom-v termično ciklični uporabi, ker PTFE nima obloge, ki bi se zlomila, nima vmesnika različnih materialov za utrujenost in konstrukcijo,-ki jo je mogoče popraviti na terenu, kar odpravlja potrebo po tovarniškem ponovnem steklanju in rezervnih izmenjevalnikih. V 10-letnem obdobju so stroški vzdrževanja PTFE 0,1-0,3-krat višji od začetnih stroškov opreme, v primerjavi z 2-4-kratnim za jeklo s stekleno oblogo.
Zmožnost popravila PTFE izmenjevalcev na terenu v nekaj urah v primerjavi s tedni, ki so potrebni za ponovno steklanje stekla, zagotavlja prednosti razpoložljivosti proizvodnje, ki pogosto presegajo neposredne prihranke stroškov vzdrževanja.
Inženirska analiza za izbiro materiala termično cikličnega toplotnega izmenjevalnika je na voljo ob predložitvi razpona delovne temperature, frekvence cikla, kemije procesa, evidenc trenutnih stroškov vzdrževanja in podatkov o stroških izpadov proizvodnje.
