Назад, на главную страницу

 

Руководство по проектированию и диагностированию теплообменников для конденсации веществ.

 

 

Автор этой публикации:   Tomas Kovacs M.Sc. (Chem.Eng.) and Jan Marriott (Chem.Eng.)

 

 

Предисловие

 

 

Этот справочник описывает основные точки для проектирования и расчета теплообменника для конденсации веществ. Предназначен для использования теми, кто подготавливает спецификацию, делает термические проекты и устанавливает теплообменники для конденсирования.

Это относится к пластинчатым, спиральным и кожухотрубным теплообменникам, которые могут быть использованы как косвенные конденсаторы. Косвенный конденсатор является обменником тепла в котором конденсирующий пар и охладитель разделен поверхностью передачи тепла. В прямом конденсаторе, пар изменяется в жидкое состояние через прямой контакт с охладителем (например, в скрубере).

Множество показателей должны учитываться при проектировании косвенного конденсатора. Среди них: тип процесса конденсации; тип конденсатора; вводные и выводные соединения; использование сервисных средств; установка, действие и регулирование устройства. Этот справочник дает Вам указатели о том, как оценивать эти показатели для оптимального проектирования и работы, а также диагностики, быстрого обнаружения дефектов и коррекции.

Программа расчета пластинчатых теплообменников АльфаЛаваль.

 

 

 

Введение

Конденсатор является обменником тепла, в котором пары конвертируются в жидкое состояние. Поток пара, входящий в конденсатор может быть перегрет, сатурирован или частично сконденсирован. В конденсаторе, латентное тепло пара удаляется и происходит конденсация. Поток частично сконденсируется затем, полностью конденсируется в субохладителе. Чаще всего, охладитель в конденсаторе – однофазная жидкость, т.е. вода. Тем не менее, это также может быть кипящей жидкостью. Эта статья имеет дело только с жидкофазными охладителями.

 

 

1.                  Процессы конденсации.

 

 

 

1.1.            Типы конденсирующихся веществ.

 

Конденсирующие обязанности могут быть подразделены на пять разных категорий:

 

  • Единственный чистый пар.
  • Смесь паров.
  • Пар с инертным газом.
  • Перегретый Пар.
  • Химическая или физическая абсорбция в течение конденсации.

 

Тем не менее, не исключены комбинации, как например, в перегретая смесь паров с инертным газом.

 

 

 

1.1.1.        ЕДИНСТВЕННЫЙ ЧИСТЫЙ ПАР.

 

Самый простой тип конденсирующегося вешества - это единственный чистый паром. Каждая чистая жидкость имеет уникальную кривую давления пара. Чем выше давление, тем выше температура в которой единственный чистый пар сконденсируется. Другие пары при том же давлении конденсируются при других температурах.

 

 

Фигура 1 показывает кривые давления пара для воды и этанола. Кривые представляют точки росы для воды и этанола при разных давлениях пара. Точка росы является температурой, в которой появляются первые следы жидкости, когда пар охлаждается. При давлении пара в 2 бара, точка росы для воды - 120.2 ˚C и для спирта 97.4 ˚C. Точка росы для единственного чистого пара эквивалентна его точке кипения. Фигура 2 показывает температурный профиль конденсации насыщенной воды и паров алкоголя при 2 барах. Допускается, что падение давления в конденсаторе незначительное и конденсация происходит при постоянной температуре. Дело в том, что все переданное тепло является латентным теплом связанным с точкой росы, которая постоянна при постоянном давлении.

 

 

 

Конденсация единственного чистого пара может быть подразделена на две категории:

 

 

 

А. Нагревание Пара (Пар = водный пар).

 

Здесь пар используется как сервисное средство. Он нагревает или кипятит жидкость на холодной стороне. Это - очень часто применяется во всем производстве.

 

 

В.  Процесс конденсации.

 

 

Процесс конденсации преобразовывает определенную сумму пара в жидкое состояние. Пар может происходить, например, из колонны дистилляции, емкости реактора или испарителя. Сервисное средство - обычно охлаждающая вода, находится на холодной стороне.

 

 

1.1.2. СМЕСЬ ПАРОВ.

С смесями пара, важно  понимать, что точка росы больше не равняется точке кипения. Когда смесь начинает конденсироваться, жидкие и паровые фазы имеют другие композиции. Эти композиции также изменяются в течение процесса конденсации, что означает что точка росы изменяется тоже.

 

Кривая точки росы.

Кривая точки кипения.

 

Фигура 3 показывает кривые точки росы и точки кипения для идеальной смеси n-hexane и n-pentane при 2 барах. Точка росы для чистого n-hexane - 92.4 ˚C и для чистого n-pentane 57.3 ˚C. 50/50 веса % смеси начинает конденсироваться в точке росы (A). В этот момент, первый конденсат сформирован, но не имеет ту же композицию как пар в A, но взамен композиция в C. В течение процесса конденсации, состояние пара изменяется от А до B, и жидкость от C до D. Последняя конденсация пара в B. Полная конденсация происходит в D. Фигура 4 показывает температурный профиль конденсации, перемещающийся с 77.6 ˚C на 69.7 ˚C. В этом примере, смесь идеальная. В идеальной смеси, точка росы всегда падает между точкой росы индивидуальных компонентов. Большинство смесей, тем не менее, - не идеальны. С смесью, которая - не идеальная, должны быть приняты во внимание определенные показатели, чтобы гарантировать соответствующий проект. Если нет, конденсатор может плохо работать и, в некоторых случаях, не может действовать совсем.

 

Три типа смесей обычно вызывают трудности:

  • Азеотропы.
  • Двухфазные жидкости.
  • Азеотропы с двухфазными жидкостями.

 

Азеотропы.

Для идеальной смеси, компоненты обычно аналогичны по происхождению (например, n-hexane и n-pentane). Если нет, они могут взаимодействовать в точке кипения смеси, выше (высококипящий азеотроп) или ниже (низкокипящий азеотроп) чем точка кипения индивидуальных компонентов.

Низкокипящие азеотропы встречаются чаще. Низкокипящий азеотроп имеет более низкую точку росы, чем идеальная смесь, таким образом, уменьшается температурная разница между конденсирующейся смесью и охладителем. Это важно и это уменьшение температурной разницы должно быть учтено при проектировании конденсатора. Если это условие проигнорировано, то устройство будет undersurfaced (не хватит поверхности теплообмена). В крайних случаях, точка росы может даже упасть ниже температуры охладителя, что повлечет дополнительные материальные затраты.

Например, смесь цикло-гексана и этанола формируют низко-кипящей азеотроп и, следовательно, не может быть рассмотрена как идеальная смесь. Фигура 5 и 6 иллюстрирует, что выходит, если смесь при давлении 1 бар предположена быть идеальной. Температурный профиль идеальной конденсации для 50/50 весовых % смеси перемещает из 79.6 °C на 79.5 °C.

 

 

Рисунок 7 и 8 показывают правильную ситуацию. Циклогексан и этанол формирует азеотроп при 69.5% циклогексана и 30.5% этанола. Точка кипения для этого азеотропа - 64.9 ˚C, что значительно ниже, чем индивидуальные чистые компоненты. Если 50/50 весовых % смесь сконденсирована, то температурный профиль конденсации перемещается из 71.0 ˚C на 68.5 ˚C, что почти 10 ˚C ниже, чем идеальный случай. Если предположить, что смесь идеальна, то тогда проект undersurfaced и конденсатор не может выполнить свою обязанность.

Для того, чтобы обнаружить создает ли смесь азеотроп, пожалуйста обратитесь к книге “Справочник ИНЖЕНЕРА-ХИМИКА” под редакцией John H. Perry, или "Справочник Химии и Физики" под редакцией Robert C. Weast.

 

Двухфазная жидкость.

Если компоненты - не смешиваются, то результат конденсации - две жидкие фазы. Каждая действует, как будто является единственной жидкостью в системе, и кривая конденсации - далека из идеала.

Фигура 9 и 10 показывает, что выходит, когда смесь o-xylene и воды при давлении в 0,3 бара была рассмотрена как идеальная. Точка росы для o-xylene - 106.1 °C и для воды 69.0 °C. Идеальная кривая конденсации для 90/10 весовых % смеси перемещается от 95.6 °C к 83.7 °C. Тем не менее, смесь o-xylene и воды формирует две жидкие фазы и, следовательно, не может быть рассмотрена как идеальная смесь. Фигура 11 и 12 показывают правильную ситуацию.

 

Конденсация начинается в 91.5 °C (A). В этой точке, только o-xylene конденсируется. Вода действует, как инертный газ пока не будет достигнута точка перехода в 63.9 °C (B). В этой точке вода также начинает конденсироваться, формируются две жидкие фазы.

После точки перехода, конденсация протекает при постоянной температуре 63.9 °C, которая - ниже точки росы 69.0 °C воды при 0.3 барах. Дело в том, что частичное давление воды в смеси - меньше чем 0.3 бара.

Сравним различие между температурным профилем правильной конденсации и идеальной смеси. Если предположить, что смесь идеальна, то результирующий проект будет grossly undersurfaced и конденсатор не выполнит свою обязанность.

Для того, чтобы обнаружить формирует ли смесь две жидких фазы, пожалуйста обратитесь к книге Справочник "ИНЖЕНЕРА-ХИМИКА' под редакцией John H. Perry, или "Справочник Химии и Физики" под редакцией Robert C. Weast.

 

Азеотропы с двумя жидкими фазами.

Азеотроп, который формирует две жидкие фазы более сложен для описания. Чрезвычайно трудно получить кривую конденсации теоретически. Чаще всего, это должно быть выполнено через фактические эксперименты. Температурный профиль результирующей конденсации может затем быть использован для проектных целей.

 

 

1.1.3 ПАР С ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ.

(Единственный чистый пар или смесь паров).

Сумма пара, который может сконденсироваться зависит от того, сколько инертного газа представлено и от температуры на выходе. Если любой инертный газ присутствует в паре, пар не может сконденсироваться полностью.

Пар и инертный газ перемещаются вдоль стенки теплообменника, пар конденсируется. Парциальное давление пара затем уменьшается, что означает, что точка росы также падает. В то же самое время, парциальное давление инертного газа возрастает. Общее давление, тем не менее, остается постоянным, если падение давления в конденсаторе незначительное.

 

Фигура 13 показывает температурный профиль конденсации для чистого водяного пара при давлении в 1 бар. Фигура 14 показывает температурный профиль конденсации для водяного пара с 5% воздухом.

Общая конденсация происходит с чистым паром. В последнем примере, однако, некоторое количество водяного пара остается даже при  25 C. Если больше пара должно быть сконденсировано, то температура на выходе должна быть ещё больше снижена, что потребует большей поверхности теплообмена.

Другая проблема - то, что пленка инертного газа формируется между кипящим паром и стенкой теплообменника. Пар должен проникнуть через эту пленку инертного газа прежде, чем он достигнет стены. Эта плёнка создает дополнительное сопротивление, это в результате снижает коэффициент теплопередачи ещё ниже, чем при конденсации чистого пара.

Следовательно, когда инертный газ представлен, оба значения – разница температур и коэффициент передачи тепла будут ниже, чем когда конденсируется чистый пар. Это означает, что необходима большая площадь поверхности – насколько большая зависит от того, как много инертного газа представлено и от необходимой температуры на выходе.

 

1.1.4 ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР (Единственный чистый пар или смесь паров).

   Много людей верят что, когда перегретый пар входит в конденсатор, его объем должен быть сначала охлажден до своей точки росы прежде, чем может произойти конденсация. Это - не всегда справедливо. Если температура стенки на входе - ниже точки росы, то - чаще всего случается, что конденсация начинается немедленно на стенке и коэффициент передачи тепла не уменьшается. Этот механизм назван “desuperheating мокрой стенки“.

   Если температура стенки на входе - выше точки росы, конденсация не может начаться. Во-первых, объем пара должен быть охлажден в конденсаторе и затем начинается конденсация, когда температура стенки теплообменника падает ниже точки росы. Это означает, что, в первой части конденсатора, пар только охлажден и не сконденсирован. Следовательно, коэффициент передачи тепла в этой части конденсатора будет очень низким. Этот механизм назван “desuperheating сухой стенки”.

 

Фигура 15 показывает температурный профиль конденсации для перегретого пара при давлении в 1 бар. Отметим, что, даже если бы пар перегреть на 60 °C, перегрев равняется только  5% общей тепловой нагрузки. Это означает, что очень небольшая энергия исходит от desuperheating (де-перегретого) пара; наибольшая тепловая нагрузка от латентного тепла удаляется в течение конденсации.

 

Если температура стенки на входе - ниже точки росы, то мы имеем дело с эффектом “desuperheating (де-перегрева) мокрой стенки”, и поскольку коэффициент передачи тепла не уменьшен, то тепловая нагрузка, которая на 5% выше, означает, что приблизительно на 5% должна быть увеличена площадь конденсатора, чтобы он выполнял свою обязанность. Если температура стенки на входе - не ниже точки росы, то возникает эффект “desuperheating сухой стенки”, и поскольку коэффициент передачи тепла будет значительно уменьшен, тот же “desuperheating” может потребовать 50 или 100% увеличения площади.

 

1.1.5. ХИМИЧЕСКОЕ ИЛИ ФИЗИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В ТЕЧЕНИЕ КОНДЕНСАЦИИ.

Некоторые смеси как, например, вода-HCl, вода-NH3, вода-SO3 и вода-NO2 не может быть рассмотрен как смеси пара или как пары с инертным газом. В этих случаях, сначала конденсируется вода. Затем некоторый газ химически или физически поглощенный в воде. Так как газ поглощен, то энергия выпущена. Для того, чтобы получить температурный профиль конденсации для такой паро-жидкой смеси, потребуются данные о равновесии и энтальпии. Этот тип данных может быть иногда обнаружен в книгах, например, Справочник "ИНЖЕНЕРА-ХИМИКА". Если нет, то должны быть использованы экспериментальные данные.

 

1.2. Конденсационные механизмы.

1.2.1. ГОМОГЕННАЯ И ГЕТЕРОГЕННАЯ КОНДЕНСАЦИЯ.

   Гомогенная конденсация происходит, когда жидкая фаза сформирована в объеме пара (например, когда туман сформирован в воздухе), а не на холодной поверхности. Конденсация обычно происходит на мельчайших частицах, как, например, частицы пыли. Гомогенная конденсация не используется при проектировании косвенных теплообменников.

   Гетерогенная (Разнородная) конденсация происходит, когда жидкая фаза формируется на холодной поверхности. Этот механизм использован для проектирования косвенных теплообменников.

 

1.2.2. DROP-WISE И ПЛЕНОЧНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ.

DROP-WISE конденсация (Рисунок 16) происходит, когда происходит гетерогенная конденсация, так капельки соединяются и каплют с поверхности, оставляя ее сухой. Очень эффективную DROP-WISE конденсацию на практике чрезвычайно трудно поддерживать более, чем нескольких минут за один раз.

 

Пленочная конденсация (Рисунок 17) - гетерогенная (разнородная) конденсация происходит в виде непрерывной пленки. Все промышленно значимые проекты и процессы основаны на пленочной конденсации.

 

1.2.3. ИНТЕГРАЛЬНАЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ СМЕСЕЙ ПАРА.

   В Интегральной конденсации, конденсат сформирован, и остаточная смесь пара продолжает двигаться вдоль теплообменника с той же скорости. В каждой точке в процессе конденсации, жидкая фаза находится в равновесии с паровой фазой. Интегральная конденсация принята всеми проектными программами для пластинчатых, спиральных и кожухотрубных теплообменников.

   В дифференциальной конденсации, конденсат "удаляется" из системы равновесия, как только сформируется. Это необязательно означает физическое удаление конденсата из теплообменника. Это может означать, что конденсат перемещается вдоль теплообменника с более медленной скоростью, чем пар, и, следовательно - не в равновесии с паром.

 

   Различия между интегральной и дифференциальной конденсацией незначительны в случае конденсации единственно чистых паров, где никакое парожидкостное равновесие не принимается во внимание. Тем не менее, в случае дифференциальной конденсации, конденсат - значительно не переохлажден, и это заканчивается немного более низкой тепловой нагрузкой, чем в случае целой конденсации.

  При работе с смесями пара, связанными данными парожидкостного равновесия, температурные профили интегральной конденсациии дифференциальной конденсации значительно отличаются. Например, Рисунок 18 показывает кривую точки росы и кривую точки кипения для идеальной смеси n-pentane и n-octane при давлении в 1 бар.

 

   Предположим интегральную конденсацию 50/50 весовых % смесь, конденсация начинается в 97.3 C (A). Смесь пара в - в равновесии с конденсатом в C. В течение процесса конденсации, смесь пара изменяется в композиции от А до B, и конденсат от C до D. Для всего процесса конденсации, паровая фаза находится в равновесии с жидкой фазой. Рисунок 19 показывает температурный профиль конденсации, перемещающий из 97.3 C на 50.3 C.

   Предположим дифференциальную конденсацию, конденсация начинается в той же точке росы (97.3 C) как это имеет место в интегральной  конденсации. Первый конденсат сформирован в композицию в C. Он "удален" из системы равновесия и больше не участвует в процессе конденсации.

 

   С тех пор как конденсат удален из системы как только он сформируется, конденсация больше не следует по пути равновесия из А в B, но взамен перемещается из А в E. Этой означает, что последний пар, чтобы конденсироваться в точке E должен быть чистым n-pentane в 35.5 C.

Температурный профиль конденсации для дифференциальной конденсации отличается от интегральной конденсации (Рисунок 19).

 

  Разработка дифференциального конденсатора проектной программой, использующей интегральный механизм, может быть катастрофой. Результирующий проект может быть значительно размыт и в неблагоприятном случае может не работать совсем, так как конечная температура конденсации может быть ниже, чем температура охладителя.

Следовательно, при выборе конденсатора для смесей пара, рекомендуется тип конденсатора, который использует интегральную конденсацию. Для единственных чистых паров, где нет значимого различия между интегральной и дифференциальной конденсацией, может быть использован любой тип конденсатора .

Ниже приведен список механизмов конденсации для различных типов конденсаторов.

 

  Пластинчатый теплобменник. Интегральная.

  Спиральный теплообменник, Типа 2. Интегральная.

  Спиральный теплообменник, Типов 1 и 3. Дифференциальная.

  Кожухотрубный теплообменник, горизонтальный. Дифференциальная.

  Кожухотрубный теплообменник, вертикальный. Интегральная.

 

1.3. Режимы Потока.

Режим потока в конденсаторе может быть: управляемый сдвиг или гравитационно управляемый.

 

1.3.1. УПРАВЛЯЕМЫЙ СДВИГ.

  В системе работающей в сравнительно высоком давлении режим потока обычно управлялся сдвигом. В управляемом режиме сдвига, поток, вероятно, будет гомогенным, что означает, что жидкость и пар перемещаются по теплообменнику с одинаковой скоростью.

  Пластинчатый теплообменник нормально работает в этом режиме, и делает этот тип теплообменника наиболее приемлемым при осуществлении интегральной конденсации. Режим потока управляемого сдвига также дает более высокие коэффициенты передачи тепла, чем гравитационно-управляемый.

 

1.3.2. ГРАВИТАЦИОННО-УПРАВЛЯЕМЫЙ.

  В системе работающей при низком давлении режим потока обычно гравитационно-управляемый. Этот режим наиболее вероятно происходит в спиральном и кожухотрубном теплообменнике. Вероятно, пар и жидкая фаза перемещается по теплообменнику с разными скоростями, это феномен так называемого "разделенного потока".

Это означает, что механизм конденсации является не 100% интегральным, но отклонение обычно незначительное. Управляемый гравитационный режим дает более низкие коэффициенты передачи тепла, чем управляемый сдвиг.

 

2. Косвенный тип конденсатора.

Здесь, описаны следующие типы косвенных конденсаторов:

  • Пластинчатый теплообменник.
  • Спиральный теплообменник: Тип 1, Тип 2, Тип 3 и 3H.
  • Кожухотрубный теплообменник.

 

2.1. Пластинчатый теплообменник.

В пластинчатом теплообменнике, использованном как конденсатор, пар всегда входит в верхнее соединение и течет вниз (Рисунок 20). Конденсат и инертный газ, если таковой имеется, выходят через нижнее соединение. Хладоноситель может течь в противотоке с направлением пара или иметь со-направленное движение с паром, в зависимости от того, что наиболее пригодно.

 

Рисунок 21.

Стандартный (симметричный)

 

 

Широко-канальный (несимметричный).

 

Пластинчатый теплообменник обычно пригоден для умеренного высокого давления. Сегодня, однако, также используются новые типы пластинчатых теплообменников, таких, как, например, Wide-gap (Широко-канальный теплообменник) (Рисунок 21). Несимметричный Широко-канальный Теплообменник имеет один более широкий канал. Это делает Широко-канальный Теплообменник более пригодным для более низкого давления, чем стандартный Пластинчатый теплообменник.

 

 

 

   Прокладки стандартных пластинчатых теплообменников соответствуют определенным пределам давления и температуры. Когда конденсируемый пар очень агрессивен к прокладке, стандартный Пластинчатый теплообменник с стандартной прокладкой не может быть использован. В этих случаях может быть использован, AlfaRex (Рисунок 22). Это полностью сварной безпрокладочный теплообменник, который может использоваться при температуре до 350 С и при давлении до 40 бар.

  Преимущества пластинчатых теплообменников включают:

  • Высокий коэффициент передачи общего тепла.
  • Тонкий материал (листовая толщина вплоть до 0.4 mm).
  • Компактность.
  • Простые способы очистки.

  Меньшая площадь. Меньше материала. Меньше пространства. Меньше эксплуатационных расходов.

Если пластинчатый теплообменник пригоден для данной конденсирующей обязанности, он будет наиболее экономным решением. Это – правильный выбор, особенно когда требуются экзотические материалы, как, например, титан, сплав C-276 или графит.

 

2. Спиральный теплообменник.

  Есть четыре типа спиральных теплообменников: Тип 1, Тип 2, Тип 3 и Тип 3H. Все могут быть использованы для конденсации. Тем не менее, различные вариации Типа 2 - наиболее общий.

 

  Преимущества спирального теплообменника:

  • Компактность.                                                 Меньшее пространство и стоимость установки
  • Возможность установки на (в) колонне. → Меньшая стоимость установки
  • Низкий объем.                                                → Быстрая реакция на управляющий сигнал
  • Хладоноситель в единственном канале. →Меньший риск неисправности

 

 

 

2.2.1. СПИРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР, ТИП 2.

В стандартном спиральном конденсатора Тип 2, пар входит сверху и течет вниз в перекрестном потоке (Рисунок 23).

   Конденсат выходит внизу и инертный газ в сторону. Происходит очень небольшое переохлаждение конденсата. Тип 2 имеет большое поперечное сечение и короткий путь потока, эта комбинация, которая обеспечивают чрезвычайно низкое падение давления. Охладитель течет в спиральном канале. Это размещение уменьшает риск неисправности и делает химическую чистку очень эффективной. Так как спиральный канал является полностью закрытым, механическая очистка на стороне охладителя не возможна.

 

  Спиральный конденсатор Тип 2 особенно пригоден для использования при следующих условиях:

  • Давление Низкого уровня или вакуума.
  • Низкий перепад давления.
  • Большие объемы потока.
  • Большие суммы инертного газа.

 

2.2.2. СПИРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР УСТАНОВЛЕННЫЙ НА КОЛОННЕ. ТИП 2.

  Спиральный конденсатор установленный на колонне Тип 2 (Рисунок 24) приспособлен для установки на верху колонны дистилляции. Пар исходит из колонны дистилляции и течет вверх через центр спирали. Как только пар достигнет верха, он поворачивает, течет вниз в перекрестном потоке и начинает конденсироваться. Конденсат и инертный газовый отводят в сторону.

  Установленный на колонне reflux конденсатор (Рисунок 25) может быть установлен на верху колонны дистилляции или емкости реактора. Пар исходит из колонны дистилляции или емкости реактора и перемещается вверх, конденсируясь в перекрестном потоке. Сформированный конденсат каплет снова в колонну. Инертный газ выходит сверху. Этот проект использовался, когда потребовалось чрезвычайно низкое падение давления и когда никакое переохлаждение конденсата не допускается. Если некоторая часть конденсата должна быть удалена из оболочки, то может быть использована ловушка капель расположенная чуть ниже. Специальное соображение должно быть дано скорости пара при проектировании устройства для отвода флегмы из конденсатора, поскольку высокие скорости пара могут вызвать наводнение устройства.

  Колонный монтаж спиральных обменников тепла обеспечивает четкое преимущество над кожухотрубными теплобменниками, которые - обычно слишком большие и тяжелые, чтобы устанавливаться на/в колонне. Спиральный теплообменник Типа 2 установленный в колонне сохраняет пространство, требует меньше труб и часто устраняет потребность в насосе для флегмы конденсата. Следовательно, общие издержки установки уменьшатся значительно.

 

2.2.3.  СПИРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР, ТИП 1.

   Пар входит сверху спирального конденсатора Типа 1 и проходит в спиральном потоке через устройство (Рисунок 26). Конденсат и инертный газ отводятся в сторону. Конденсат выходит снизу и инертный газ вверху. Уникальная характеристика спирального конденсатора Типа 1 - в том, что конденсат - в значительной степени переохлажден. Другая важная характеристика - в том, что поток может быть со встречным-течением, это означает, что, возможно, получить пересекающую температурную программу. Этот тип нормально поочередно сварен таким образом, чтобы обе стороны были бы легко доступны для механической очистки.

 

    В установленном в колонну спиральном конденсаторе Тип 1, пар входит в спираль из низа (Рисунок 27). Небольшая полоса металла приварена в центре входного отверстия, чтобы помешать конденсату стекать вниз в колонну. В противном случае, установленный колонны Тип 1 обеспечивает те же функции как стандартный Тип 1.

Спиральный конденсатор Тип 1 нормально используется для:

  • От среднего до высокого давления.
  • Когда снижение высокого давления может быть разрешено.
  • Когда потребовалось переохлаждение конденсата.
  • Когда потребовалась пересекающая температурная программа.
  • С небольшими количествами инертного газа.

 

 

 

2.2.4 СПИРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР ТИП 3.

   Спиральный конденсатор Тип 3 (Рисунок 28) комбинирует перекрестный поток Типа 2 и спиральный поток Типа 1. Канал пара частично открыт вверху и полностью закрыт снизу. Это означает, что пар, который вводится наверху, первоначально перемещяется вниз в перекрестном потоке и - затем усиливается в спиральный поток. Конденсат и инертный газ выводят из

Типа 3, что возможно должно дать объединение сравнительно низкого падения давления с пересекающей температурной программой и переохлаждением конденсата и инертного газа. Подобно Типу 1, Тип 3 сварен поочередно, что обеспечивает легкий доступ для средств механической очистки на обеих сторонах через соединения на сторонах.

 

В установленном в колонну спиральном конденсаторе Тип 3, пар входит через низ и течет вверх через центр (Рисунок 29). Когда пар достигает верха, он изменяет направление и течет вниз. После это, функционирование подобно стандартному Типу 3.

Спиральный конденсатор Тип 3 используется при следующих условиях:

  • От среднего до высокого давления.
  • От низкого до среднего падения давления.
  • Когда потребовалось переохлаждение конденсата.
  • Когда потребовалась пересекающая температурная программа.
  • От низкого до среднего количества инертного газа в потоке.

 

2.2.5. СПИРАЛЬНЫЙ ТИП КОНДЕНСАТОРА 3H.

Спиральный конденсатор Тип 3H – нестандартный, для нагрева единственного чистым паром трудных процесных носителей, как, например, жидкие растворы. Приложения подобно этим требуют горизонтальный монтаж и единственный канал для самоочищяющего эффекта. Тип 3H обычно сварен поочередно подобно Типу 1, чтобы обеспечить легкий доступ для механической очистки на обеих сторонах (Рисунок 30).

  Пар входящий сверху оболочки расширяется и течет в двухпроходном перекрестном потоке. Конденсат выходит через низ оболочки расширения, а небольшая сумма инертного газа через отдушину на стороне. Тип 3H обычно не должен использоваться с концентрацией инертного газа выше одного процента. Рабочий носитель, чтобы все было нормально нагрето, входит сверху и течет в спиральном потоке, а затем выходит в центре.

 

  Этот спиральный конденсатор Тип 3H обычно используется, чтобы нагревать действующий паром:

  • Тяжелые  жидкости
  • Жидкости, содержащие большие суммы твердых веществ или волокон.
  • Жидкие растворы.
  • Грязи.

 

 

 

2.3. Кожухотрубный теплообменник.

Кожухотрубный теплообменник доступен во многих конфигурациях. Например, Рисунок 31 показывает вертикальный тип с конденсацией на стороне оболочки и хладоноситель в трубках. Реверс также возможен с конденсацией, происходящей в трубках и охладителе, текущем через оболочку.

 

 

Другой пример является горизонтальным типом, где пар течет на стороне оболочки в направлении встречного течения по отношении к  охладителю, текущему в трубках (Рисунок 32). Подобно вертикальной типу, конденсация может иногда произойти в трубках, с охлаждением на стороне оболочки.

 

Преимущества кожухотрубного теплообменника включают:

  • Простая, известная конструкция.
  • Может работать с высоким проектным давлением и высокой проектной температурой.
  • Гибкая конструкция, может быть приспособлена, для любых целей конденсации.

 

Недостатки кожухотрубного теплообменника включают:

  • Низкий уровень общего коэффициента теплопередачи. → Требуется большая поверхность теплообмена.
  • Большая, тяжелая конструкция.                                   → Высокая стоимость монтажных работ.
  • Большой внутренний объем.                                        → Медленный ответ, на управляющий сигнал.
  • Вибрации Трубок.                                                         → Может вызвать строительную неудачу.
  • Дорогое решение, особенно когда требуются экзотические материалы. → Высокая стоимость.

 

 

3.    УСТАНОВКА КОНДЕНСАТОРОВ.

3.1. Пластичатый теплообменник в качестве конденсатора.

 

Фигура 34. Это «Sucreries du Marquenterre» сахарный завод в Marconnelle, Франции, три пластинчатых теплообменника AK20 установлены как спиртовые конденсаторы. В этом шаге восстановления тепла, конденсируется спирт и подогревается бражка. Устройство действует с 1992 без каких-либо проблем.

 

Рисунок 39.

Это Standard Chlorine of Delaware  хлорный завод в Дэлавэр Сити в Соединенных Штатах, установленный на колонне спиральный теплообменник Тип 3 – установлен в качестве конденсатора дегидрационной колонны.

 

4. Проектные соображения.

При проектировании конденсатора, должны считаться несколько показателей. Первичное значение - вводные отверстия пара и выводные отверстия для конденсата и инертного газа. Неподходящая калибровка или размещение этих вводов может провести к серьезным проблемам. В результате, устройство не сможет работать как ожидается и, в крайних случаях, может произойти механический ущерб.

 

4.1. Входное соединение/сопло/порт.

Скорость пара на входе не должна быть чрезмерной. Это может провести к недораспределению, чрезмерному шуму или проблемам пигментной эрозии. Существуют несколько чисто практических методов для максимальной рекомендованной входной скорости.

 

Наиболее подходящий метод:

U < (10,000/p) 0,5

U = скорость. m/s.

p = плотность. кг/m3.

 

Согласно законам физики, абсолютный предел для входной скорости - скорость звука. Приближенная формула для скорости звука дана ниже.

Uac ≈  100•(T/M) 0,5.

Uac = скорость звука, m/s.

T = Абсолютная температура,  K.

M = Молекулярный вес , kg/kmol.

 

Дополнительно к правилам, где U < (10,000/p) 0,5, скорость не должна превышать 0.5 • Uac.

 

4.2. Выходное соединение/сопло/порт.

  Заниженное выходное отверстие может привести к высокому перепаду давления. Это также может затруднить дренирование для конденсата и для остаточного пара или инертного газа, выходящего из конденсатора.

   Конденсатор должен всегда быть оборудован средствами для выпуска инертного газа (удаления воздушных пробок), даже когда предполагается конденсация чистого пара. Обычно, даже в чистом паре, есть небольшие количества инертного газа, который должен быть удален. Если никакой вентиляционной отдушины (клапана) не установлено, эти небольшие количества накопятся и, вскоре, заполнят конденсатор и резко уменьшат работоспособность устройства.

 

4.3. Пар как носитель тепла при абсолютном давлении > 1 бар.

   Выход пара из нагревателя должен быть оборудован конденсатоотводчиком. Это средство позволяет конденсату, проходить через конденсатор и удерживать пар в пределах конденсатора. Есть различные типы ловушек пара. Некоторые позволяют конденсату проходить через конденсатор, тогда как отдушина для инертного газа должна устанавливаться где-нибудь еще. Другие типы позволяют конденсату и инертному газу проходить через конденсатор или иметь встроенные отдушины для инертного газа. Конденсатоотводчик с плавающим поплавком и встроенной отдушиной для инертного газа - наилучший тип для температурно-управляемого парового нагревателя. Для всех типов конденсаторов, включая нагреватели пара, может потребоваться отдельная отдушина при пусковых операциях, чтобы эвакуировать воздух в пределах устройства.

 

4.4 Полная конденсация рабочего пара при абсолютном давлении > 1 бар.

  Здесь, пар и конденсат объединяются, чтобы составить процесс или первичную жидкость. Следовательно, конденсатоотводчик не используется. Инертный газ и остаточный пар удаляются через отдельное вентиляционное соединение или через разделитель (сепаратор), подключенный к выходу для конденсата. Это позволяет конденсату протекать к следующим этапам процесса.

 

4.5 Полная конденсация рабочего пара при абсолютном давлении < 1 бар.

   Под вакуумом, сумма инертного газа может возрасти из-за утечки в систему (например, через фланцевые соединения). Этот тип утечки – близок к полному вакууму.

   При этих условиях, конденсат должен быть отделен  в разделителе жидкость/ пар. Этот разделитель (сепаратор) может быть интегрирован в устройство при использовании спирального теплообменника или кожухотрубного. Две фазы извлекаются отдельными средствами: инертный газ и остаточный пар вакуумным насосом, а конденсат - через насос или барометрическую трубу (статическая колонна жидкости эквивалентая или чуть больше величины вакуума, создаваемому вакуум-насосом для инертного газа). Рисунок 41 иллюстрирует эту установку для пластинчатого теплообменника. Конденсат и инертный газ разделеяются в A, и инертный газ извлекается вакуумным насосом в B. Для больших конденсаторов, может быть полезным инертный газовый штепсель в C, чтобы помочь удалить воздух при пуске.

 

4.6 Пар с неконденсируемым газом или частичными конденсаторами.

      В этих случаях конденсатор должен быть оборудован средствами для удаления, как конденсата, так и неконденсируемого так и/или остаточного пара. Для спирального или кожухотрубного конденсатора, отдельные выходные соединения устанавливаются в пригодных позициях. Вывод для неконденсируемого и/или остаточного пара должен быть расположен после теплопередающей поверхности. Эти связи должны быть строго соблюдены. Предсказанное падение давления в соединениях должно составлять только небольшую долю общего перепада давления. В пластинчатом конденсаторе, выходное соединение должно быть напрямую связано трубой с сепаратором, где конденсат отделяется из неконденсируемого и / или остаточного пара.

 

5. Управление.

Конденсаторы часто  работают "полным ходом". Это означает, что уровень потока охладителя всегда тот же. Если паровая нагрузка ниже, чем принято проектом или если температура охладителя ниже, чем принято проектом, конденсатор будет «overperform» (перегрузка, увеличение производительности). Это обычно не вызывает проблем но, в некоторых обстоятельствах, необходимо использовать управление.

 

5.1 Паровой нагреватель.

Когда пар используется для нагрева жидкости процесса до специфической температуры, «overperform» (перегрузка, увеличение производительности) может вызвать проблемы. Пар, использующийся как средство нагрева, поступает в большем количестве, чем положено. Паровой нагреватель поглощает пара больше чем положено и затем перегружается. Результат в том, что выходная температура нагреваемой жидкости также будет выше, чем положено. Управление выходной температурой жидкости может быть достигнуто:

  • Снижением в подаче пара.
  • Байпасом на жидкой стороне процесса.
  • Вводом уровня жидкости в конденсатор.

 

5.1.1 .Снижение подачи пара.

Отношение передачи основного тепла:

 

Q=k • A • MTD.

 

Q=Тепловая нагрузка.

k = коэффициент тепло передачи.

MTD=средняя температурная разница

 

Поскольку Q всегда установлен для специфической производительности, управление достигнуто установкой k, A или MTD. Легчайший путь управлять паровым нагревателем - устанавливать управляющий клапан на вводе пара и убавлять пар, чтобы получить подходящее давление и температуру в конденсаторе. Управляя температурой пара в конденсаторе, можем управлять MTD. Это, в свою очередь, означает, что температура выхода на жидкой стороне процесса может управляться (Рисунок 42).

Если пар должен быть убавлен ниже обратного давления в системе конденсата, могут возникнуть трудности. Конденсат в этом случае не сможет покинуть конденсатор и задержится в нем. Тем не менее, если устройство работает при стабильных непрерывных условиях, это не может стать проблемой. Стабильный жидкий уровень оседает на устройстве, в результате переохлаждения конденсата. Если конденсатор не работает при стабильных непрерывных условиях, может произойти циклическое поведение, когда конденсат повернет назад и затем вперед. Есть один путь решить эту проблему - установить насос и откачивать конденсат из устройства.

Если нагреватель пара  oversurfaced, что пар должен быть убавлен ниже атмосферного давления, но невозможно выпустить инертный газ из устойства в атмосферу. Вакуумизация системы потребует последующего удаления инертного газа.

 

5.1.2 . СОЗДАНИЕ БАЙПАСА НА ЖИДКОЙ СТОРОНЕ ПРОЦЕССА.

 

 

Здесь, клапан установлен перед вводом для того, чтобы обводить часть жидкого потока (Рисунок 43). Небольшой поток течет через теплообменник, и нагревается до высокой температуры, чтобы поддерживать необходимую тепловую нагрузку (Q). На выходе, жидкость из теплообменника смешивается с байпасной жидкость до достижения требуемой температуры на выходе. Этот управляющий метод также уменьшает overperformance конденсатора, изменяя MTD.

 

5.1.3. ВВОД  ЖИДКОГО УРОВНЯ В КОНДЕНСАТОР.

Ввод уровня жидкости в конденсатор, уменьшает эффективную область (A) для конденсации, этим самым, избегая overperformance (перегрузка, увеличение производительности). Этот метод также обеспечивает надежное пере-охлаждение парового конденсата.

Любой инертный газ из должен быть удален системы. В противном случае, он накопится в конденсаторе и последовательно уменьшит коэффициент передачи тепла. Это приведет к уменьшению конденсации и, следовательно, к уменьшению жидкого уровня. В некоторой точке уровень жидкости исчезает, и инертный газ может выдуть из конденсатора. Конденсатор затем станет oversurfaced (с увеличенной поверхностью теплопередачи) снова и жидкий уровень восстановится. Это циклическое поведение вызывает широкие колебания температуры рабочей жидкости на выходе. Это также может провести к механическим проблемам усталости металла..

Эта управляющая система совсем медленная, имеет долгосрочную константу и, следовательно, должна использоваться только для непрерывных и стабильных процессов. Тем не менее, жидкий уровень в конденсаторе может служить эффективной управляющей системой для непрерывных и стабильных процессов, если в паре не присутствует инертный газ или он может быть правильно удален.

Рисунок 44 иллюстрирует, как управлять рабочей температурой жидкости на выходе, вводя уровень жидкости в конденсатор. Эта система использована на заводе Outokumpu в Финляндии, чтобы паром нагревать медный электролит в oversurfaced пластинчатом теплообменнике. В этом случае, уровень инертного газа в паре так низок, что весь инертный газ растворяется в конденсате и таким образом выходит из теплообменника. Outokumpu не имел проблем с циклическим поведением их устройства, и температура электролита на выходе очень стабильная.

 

5.2. РАБОТА КОНДЕНСАТОРОВ.

Работа конденсаторов проще в управлении, чем паровых нагревателей. Нормально, если управление сводится к регулированию уровня потока хладоносителя. Это влияет на температурную программу и изменяет MTD. Изменение уровня потока также влияет на общий коэффициент теплопередачи (k). Например, уменьшение уровня потока снизит оба значения: k и MTD.

Управляя уровнем потока хладоносителя в процессе конденсации, например, можно управлять давлением в колонне дистилляции или системе испарения и выходной температурой пара с инертным газом температура штепселя пара с инертным газом.

 

 5.3. Переохлаждение конденсата.

     Даже когда конденсатор не oversurfaced (увеличение поверхности теплопередачи), конденсат обычно возникает при температуре ниже, чем та, при которой конденсируется конечная паровая фаза. Дело в том, что температура поверхности теплообменника ниже, чем конечной точкой росы конденсата. Следовательно, он принимает среднюю температуру между конечной температурой конденсации и температурой поверхности. Этот тип переохлаждения, тем не менее, обычно очень не значимый, и температура конденсата только на несколько градусов ниже, чем конечная температура конденсации.

   Для надежного переохлаждения, в конденсаторе должен быть жидкий уровень или дополнительный теплообменник, включенный после конденсатора, для того, чтобы охлаждать конденсат дальше. Использование отдельного теплообменника для переохлаждения обеспечивает наилучшее управление. Поскольку этот теплообменник является типом жидкость / жидкость, он должен легко управлять пере прохладительной температурой при помощи потока хладоносителя.

    Когда вводится жидкий уровень, степень, на которую конденсат переохлажден нелинейная по отношению к уровню потока хладоносителя. Дело в том, что тепловая нагрузка в конденсаторе определяется первоначально конденсацией и затем нагрузкой от переохлаждения – это только небольшая доля общей тепловой нагрузки. Это означает, сравнивая с использованием отдельного теплообменника, что должно быть очень трудно управлять пере прохладительной температурой при помощи потока хладоносителя.

    Переохлаждение в конденсаторе также очень неэффективно, если коэффициент передачи тепла в пере прохладительной области очень низкий. Часто наиболее эффективнее и экономически выгоднее разработать систему конденсатора, где переохлаждение происходит в отдельном, небольшом теплообменнике типа жидкость/жидкость.

Предсказание температуры конденсата и температуры переохлаждения в конденсаторе трудно даже при наилучших обстоятельствах. Температура конденсата, следовательно, не должна использоваться как управляющий сигнал для любой управляющей системы.

 

 

6. Спецификация Вопросов.

Следующий лист спецификации поможет Вам собирать необходимую информацию, чтобы заняться разработкой конденсатора для специфического функционирования. Хотя все данные могут не быть специфицированы для каждой функции, Вы должны собрать и записать по возможности больше данных.

Укажите, какую систему устройства Вы хотели бы использовать.

Строка. Комментарии.

5-18.     Если все параметры даны, входные и выходные потоки, входящая и выходящая температура и тепловая нагрузка, возможности теплообменника будут преувеличена. Тем не менее, это не представляет проблему, так как нет конфликта в данных.

10-14.      Заполните композиции данных для смесей. Для комплекса неидеальных или многокомпонентных смесей, композиции данных помогут определить физические свойства и выбрать материал

16.       Не забудьте указывать абсолютное - не измеренное - давление!

19 -32.  Если жидкость не известна, должны быть предусмотрены данные об ее физических свойствах.

19.       Температура входа и выхода - со ссылкой на физические свойства. Другие температуры могут быть использованы, но эти должны быть установлены.

33-38.   Требуется, чтобы эти данные выбрались для подходящего теплообменника и конструкции.

39-46.      Данные Профиля - нужны только для комплексных, неидеальных смесей, которые не могут быть обработаны обычным путем. Без этого за конденсирующий профиль будет нормально принята прямая конденсационная линия. Вырисовывание профиля с 5 по 7 точку обычно достаточно. Тем не менее, чем больше точек, которые Вы можете вычертить, тем лучше проект.

 

Смотри Опросный лист.

 

7. Обнаружение дефектов.

Наиболее часто дефекты конденсатора входят в одну из двух групп: дефекты производительности или конструктивные неудачи. Эти два могут иногда быть взаимосвязанными.

7.1. Дефекты производительности.

Наиболее общие типы дефектов производительности конденсатора:

1. быстрое снижение производительности.

2. циклический эффект в паровых нагревателях.

3. циклический эффект в конденсаторах.

4. постепенное уменьшение производительности.

 

7.1.1. БЫСТРОЕ СНИЖЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ.

Если конденсатор снизил производительность немедленно, проверьте следующее:

1. Убедитесь, что устройство действует согласно проектным условиям, температурам, уровням потоков и давлению. Если нет, то дефект может часто находиться за пределами конденсатора. Может быть что-то неправильно, например, с системой труб, клапаном, конденсатоотводчиком, или системой удаления конденсата. Затем Вам нужно определить, что не исправно и исправить это.

2. Убедитесь, что проектные данные соответствуют оригинальной спецификации и, что давление дано как абсолютное - не измеренное - давление. Возможно, для проекта использованы неправильные физические свойства, или могла произойти человеческая ошибка при преобразовании из одной системы измерения в другую.

3. С паровыми смесями, убедитесь, что различие между мольным % и весовым % приняты во внимание. Смесь, возможно, была принята за идеальную смесь, когда происходило проектирование. В действительности, смесь может быть азеотропной и/или формировать две жидких фазы. Если так, то оригинальный проект больше неправильный.

Важно должно поминать, что все проекты для смесей пара принимают интегральную конденсацию (Смотри Раздел 1.2.3). Если, например, использован кожухотрубный конденсатор с горизонтальной конденсацией, то конденсация дифференциальная – не интегральная. Дифференциальная конденсация всегда обеспечивает низкий температурный профиль, чем интегральная конденсация. Это означает, что если конденсатор разработан согласно интегральной конденсации, то он будет underperform (снижать производительность).

Если Вы не можете обнаружить дефекты в шагах 1 по 3, можете быть некоторый ошибки на конструкции устройства.

 

4. Убедитесь, что все соединения имеют правильные размеры правильно и установлены правильным образом. В противном случае, инертный газ может накопиться и влиять на работу устройства. Неподходящее размещение выводов для остаточного пара или вентиляционных отверстий для инертного газа также может провести к эффекту байпаса, что уменьшит производительность.

Если вывод для конденсата слишком маленький, конденсат может вернуться (задерживаться) в конденсаторе, уменьшая область доступную для конденсации. Это, в свою очередь, уменьшает способность конденсатора выполнять свою обязанность. Если конденсатоотводчик в паровом нагревателе имеет неадекватную производительность, результат - тот же. Считается нормальным, что во время пуска, конденсатоотводчик должен пропускать в три раза больше установленного для него расчетного (проектного) значения.

 

5. Обеспечьте требуемый выпуск  для охлаждающей стороны. Неисправность, которая может произойти в этом случае, называется "воздушной пробкой",  формирующейся в верхней части устройства, что соответственно уменьшит поток хладоносителя или перепад давления. Установите отделяющий (вентиль для выпуска воздуха) вентиль в самом высоком месте выхода охладителя.

 

 

7.1.2. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ В ПАРОВЫХ НАГРЕВАТЕЛЯХ.

Управление паровыми нагревателями особенно когда с завышенными размерами - может быть трудным, способность Это может быть вызвано:

Возникновение инертного газа. Паровой нагреватель может иногда управляться введенным жидким уровнем в теплообменнике (Смотри Раздел 5.13). Если пар содержит любой инертный газ, который не может правильно отделяться и выпускаться, то инертный газ накапливается в конденсаторе. Коэффициент передачи тепла уменьшается соответственно и, в результате уменьшается конденсация, что, в свою очередь, уменьшает уровень жидкости в паровом нагревателе.. В некоторой точке, жидкий уровень исчезает полностью и инертный газ "выдувается" через. Конденсатор затем становится oversurfaced (с увеличенной площадью) и жидкий уровень возникает снова. В результате, возникают большие колебания в температуре выхода нагреваемой жидкости и также могут возникнуть механические проблемы усталости металла. Для того, чтобы избежать этих проблем, установите отдушину (выпуск для инертного газа) в пригодной позиции. Если это не возможно, то выберите управление системой при помощи: уменьшением в подаче пара или байпасом на жидкой стороне.

2. Возврат конденсата в конденсатор: Если паровой нагреватель управляется дросселем пара, и давление в конденсаторе уменьшается ниже обратного давления в системе конденсата, может произойти циклический эффект. Конденсат может многократно возвращаться назад в конденсатор и вновь быть выдут из конденсатора. Только если процесс - стабильный и непрерывный уровень конденсата может стабилизироваться и устройство может управляться.

 

3. Управляющие клапаны с завышенными размерами: Если паровой нагреватель управлялся дросселем пара, то очень важно, чтобы управляющий клапан имел бы соответствующий размер. Если установлен клапан (дроссель) с завышенными размерами, то может произойти двухпозиционный эффект, циклическое потребление пара и выходной температуры жидкости.

    При управлении системы с жидким боковым отводом, также важно иметь правильно измеренный клапан. Снова клапан с завышенными размерами может дать неустойчивое управление, заканчивающееся в результате циклическим поведением.

 

 

7.1.3. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОИТЕЛЬНОСТЬ В РАБОТЕ КОНДЕНСАТОРОВ.

Циклическая производительность в работе конденсатора может быть вызвана:

1. Возникновение инертного газа. Подобно нагревателям пара, конденсаторы процесса также могут управляться вводящим жидким уровнем в конденсаторе. Это означает, что те же проблемы могут столкнуться с: накопление инертного газа, ведущего к циклическому поведению и механической усталости. (Смотри Секцию 7.1.2, "Создание инертного газа".)

2.Изменения (варьирование) в потоке хладоносителя - особенно когда температурное различие между двумя сторонами минимальное. Проблемы с насосом или другим оборудованием, которые используют охладитель из того же источника, могут вызвать эти изменения (вариации).

 

7.1.4. ПОСТЕПЕННОЕ УМЕНЬШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ.

Постепенное уменьшение производительности может быть вызвано:

1. Неисправность на стороне охладителя. Это - наиболее общая причина постепенного уменьшения производительности. Высокая поверхностная температура и низкий поток хладоносителя могут провести к образованию углекислого кальция. Наилучший путь избегать образования углекислого кальция - использовать пригодную водную и программу обработки, чтобы гарантировать хорошую работу устройства. Это означает, что нужно поддерживать по возможности более низкий уровень температура поверхности и по возможности высокую канальную скорость хладоносителя. При кальционировании поверхности рекомендована химическая очистка.

   Низкая скорость на стороне охладителя также может вызвать задержку и оседание приостановленных твердых веществ. Устройство, которое поддерживает высокую скорость в канале, может минимизировать задержку и оседание. Если очистка все еще необходимая, то химическая очистка может быть достаточной, но часто требуется механическая очистка.

   Биологический рост является общей проблемой, когда в качестве хладоносителя используются морская или речная вода. Этот тип неисправности обычно устраняется химическими методами. Химические вещества использованные, для управления микробным ростом могут быть сгруппированы в три общих класса:

  • Окисляющие biocides окислять составы в микроорганизмах (например, хлор, гипохлорид, озон, бром). Помните, что если уровень хлора - слишком высок, то может произойти коррозия в нержавеющей стали и никелевых сплавах.
  • Неокисливающие биоциды создают помехи  метаболизму микроорганизмов или нарушают стенку клетки (например, isothiazoline, gluteraldehyde, DBNP, четверичные амины).
  • Биодисперсанты. Не убивает микроорганизмы, но приостанавливает их рост в воде, так что они могут быть сброшены из системы или более легко убиты биоцидами.

 

2. Неисправность на конденсирующей стороне. Это может произойти из-за кристаллизации, замерзания, переноса твердых веществ, или полимеризации конденсирующего компонента. Сохранение высокой поверхностной температуры поможет избежать кристаллизации и замерзания. Это может потребовать зацикливания охлаждающей воды - особенно в течение зимы. Химическая очистка с пригодным растворителем может обычно удалить продукты кристаллизации и замерзания, которые не могут быть удалены другим способом. Установка разбрызгивающих сопел с растворителями или полимерами помогает предотвратить оседание на поверхности твердых частиц (веществ). Некоторые конденсаты циркулируют и разбрызгивают над поверхностью передачи тепла.

 

3. Постепенное образование инертного газа в системе из-за его неправильного отвода. Создание инертного газа нормально вызовет циклическую производительность (Смотри Раздел 7.1.2., Возникновение инертного газа). С другой стороны, если инертный газ не может никак покинуть устройство, то падение производительности будет постоянным.

 

4. Воздушные пробки на стороне охладителя. Иногда, когда охладитель нагревается, он может сгенерировать небольшое количество газа или пара. Если на стороне охладителя имеется неадекватный воздухоотвод, то постепенно может сформироваться воздушная пробка. Увеличение потока хладоносителя может решить эту проблему. Это должно уменьшить выходную температуру и создать «очищающий» эффект. Монтаж воздухоотводящего вентиля в самой верхней точке на стороне охладителя – это другое решение этой проблемы. Вы можете также переместить выход охладителя в самую верхнюю позицию теплообменника.

 

7.2. Конструктивная неисправность.

Много разных показателей могут вызвать физическую поломку устройства. Они могут быть взаимосвязанными и часто связаны со сбоями в производительности.

 

7.2.1. КОРРОЗИЯ.

   Если конструкционный материал конденсатора несовместим с жидкостями, произойдет коррозия. Состав конденсата может значительно отличиться от того самого пара, и может изменяться в течение процесса конденсации. При работе со смесью конденсатов, состав конденсата должен пройти последовательно несколько точек вдоль пути конденсации. Например, рассмотрим смесь, содержащую водяной пар и немного хлорида водорода. Общая концентрация HCl в паре и конденсате может быть снижена, чтобы разрешить использовать сравнительно "неэкзотический” материал. В течение процесса конденсации, тем не менее, может быть найдена точка, где концентрация HCl в конденсате значительно выше и это требует применения экзотического материала.

  Другой хороший пример – это частичная конденсация дымовых газов. Даже если газ содержит только небольшое количество SO3, концентрация сернистой кислоты в некоторых точках в течение процесса конденсации будет очень высокой.

  Иногда, в определенных смесях между компонентами может произойти химическая реакция создания нового компонента, который имеет коррозионные свойства. Смесь водяного пара и хлорированных углеводородов, например, могут среагировать гидролизом и сформировать небольшие количества соляной кислоты.

  Коррозия может также произойти на стороне охладителя. Если уровень хлорирования - слишком высок, коррозия может произойти в нержавеющей стали и никелевых сплавах. Если используется химическая очистка теплообменника, не забудьте проверить совместимость чистящей жидкости с конструкционным материалом теплообменника.

Коррозия зачастую не обнаруживается, пока она не проникнет в поверхность конденсатора и не произойдет утечка. К тому времени, уже слишком поздно, чтобы сохранить конденсатор; он должен быть заменен на новый, изготовленный из более подходящего материала. Многие коррозионные проблемы могут быть устранены экспертами-консультантами по материалам перед производством устройства.

 

7.2.2. ЭРОЗИЯ.

Если жидкость содержит твердые частицы, то чрезмерная скорость потока может провести к проблемам эрозии. Пар из сушилки, например, может содержать включения твердых веществ. Если скорость на входе конденсатора слишком высока, может произойти пигментированная коррозия. Если твердые вещества не могут быть удалены прежде, чем жидкость введена в конденсатор, приспосабливают противопигментные отбойники, которые могут предохранить конденсатор от эрозии. Противопигментные Отбойники со временем могут разрушиться, но также могут легко заменяться.

При движении с высокой скоростью, мокрый пар, содержащий жидкие капельки может также вызвать эрозию. Использование отбойников может также решить эту проблему.

 

7.2.3. МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕИСПРАВНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЛИ СИСТЕМЫ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ПРОКЛАДОК.

Если происходит механическая неисправность, проверьте, действовал ли конденсатор в границах установленных пределов, проектного давления и проектной температуры. Если уплотнительная система является проблемой, убедитесь, что прокладка совместима с жидкостью.

 

7.2.4. ВИБРАЦИЯ.

Проблемы вибрации первоначально связывались с кожухотрубными теплообменниками, особенно когда конденсация происходит на стороне оболочки. Механизм, который вызывает вибрацию – сложный, но известен разработчикам и тем кто использует кожухотрубные теплообменники. Вибрация может вызвать быструю конструктивную поломку конденсатора.

Пластинчатые теплообменники обычно не имеют проблемы с вибрацией. Дело в том, что поверхность передачи тепла поддерживается в нескольких контактных точках свободного пространства. Спиральные теплообменники также не легко поддаются вибрации, так как поверхность передачи тепла поддерживается несколькими штифтами с расстоянием шага только 5 - 25 миллиметров.

 

 

 

 

 

Назад, на главную страницу



Hosted by uCoz