Проблемът с разходите за изпомпване в вериги за извличане
Хидрометалургичните вериги за извличане пренасят агресивни киселинни разтвори през километри тръбопроводи, реактори и топлообменници. Помпените разходи представляват основен оперативен разход. Всеки спад на налягането в топлообменника увеличава сметката за енергия.
Металните топлообменници развиват грапавост на вътрешната повърхност с напредването на корозията. Това, което започва като гладка вътрешност на тръбата, се разгражда до назъбена, мащабирана повърхност с коефициенти на триене, многократно по-високи от проектните стойности. Налягането на изхода на помпата се повишава, за да поддържа потока. Консумацията на енергия се покачва. В крайна сметка веригата не може да постигне проектни дебити без подобрения на помпата.
Проблемът се задълбочава с времето. Корозията нагрубява повърхностите. Грапавите повърхности увеличават триенето. По-високото триене изисква повече изпомпваща енергия. Веригата за обратна връзка се ускорява, докато намесата по поддръжката не замени топлообменника.
Грапавост на повърхността и фактор на триене
Падането на налягането в топлообменните тръби следва зависимостта на Дарси-Вайсбах. За турбулентния поток коефициентът на триене зависи от грапавостта на повърхността спрямо диаметъра на тръбата. Нова тръба от неръждаема стомана с грапавост 0,0015 mm има коефициент на триене по Дарси приблизително 0,019. След две години в услугата за киселинно излугване, повърхностната питинга увеличава грапавостта до 0,05 mm, почти удвоявайки фактора на триене.
Последиците надолу по веригата са увеличените изисквания за напор на помпата. Верига, проектирана за спад на налягането от 3 бара през топлообменника при монтаж, може да изисква 5 бара, след като корозията стане грапава по повърхността. Помпата трябва да работи по-усилено, консумирайки 60-70% повече енергия за същия поток.
Таблица 1: Сравнение на грапавостта на повърхността и спада на налягането в топлообменниците с верига за излугване
| Материал на тръбата | Първоначална грапавост (mm) | Грапавост след 2 години (mm) | Увеличаване на относителния спад на налягането |
|---|---|---|---|
| SS 316L в HCl излугване | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| Излугване на титан в H₂SO₄ | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE (необработен) | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
Данни от публикувани таблици за триене на тръби и полеви измервания при операции по излугване на мед и никел.
Предимството на PTFE гладки-отвори
PTFE тръбите имат първоначална грапавост на повърхността от приблизително 0,0013 mm, сравнима с изтеглени метални тръби. Критичната разлика е, че тази грапавост никога не се увеличава. PTFE не корозира, не подлежи на образуване на ями или котлен камък. Вътрешната повърхност след пет години работа с киселина е идентична с повърхността в първия ден.
Ниската повърхностна енергия на PTFE осигурява допълнителна оперативна полза. Съединенията,-образуващи котлен камък, които прилепват към метални повърхности, са склонни да се отделят от PTFE. Калциевият сулфат, металните хидроксиди и други утайки намират по-малко места за нуклеация на повърхността на флуорополимера.
Падът на налягането в PTFE топлообменник остава стабилен през целия му експлоатационен живот. Изчисленията на размера на помпата, направени при монтажа, остават валидни години по-късно. Консумацията на енергия за изпомпване не нараства. Дебитите на веригата остават на проектните стойности без нарастване на скоростта на помпата.
Гъвкавостта на оформлението намалява спада на налягането в системата
Дългосрочните-вериги за извличане често изискват топлообменници на места, ограничени от съществуващи конструкции, разположение на резервоари и тръбопроводи. Металните топлообменници с фиксирана обвивка-и-тръбни конфигурации налагат компромиси с тръбопроводите, които добавят завои, колена и допълнителна дължина.
Гъвкавите потопяеми намотки от PTFE могат да бъдат конфигурирани да пасват директно в съществуващи резервоари или канали, като напълно елиминират външните кожухови -и-тръбни обменници и свързаните с тях падания на налягането в тръбопроводите. Бобината просто се потапя в разтвора за излугване. Единственият спад на налягането е вътрешният кръг на пара или гореща вода, който е минимален.
Когато са необходими външни PTFE топлообменници, олекотените флуорополимерни снопове опростяват носещите структури и намаляват нуждата от тежки тръбни стойки и разширителни контури, обичайни за металните топлообменници при дълги тиражи.
Теренни наблюдения от операция по извличане на мед
Инсталация за екстракция с разтворител при излужване на купчина мед замени два кожухотрубни топлообменника от неръждаема стомана с PTFE потопяеми намотки, поставени директно в резервоарите за извличащ разтвор. Неръждаемите топлообменници са развили вътрешна грапавост за три години, увеличавайки спада на налягането във веригата от 2,8 бара на 4,6 бара.
Потреблението на енергия на помпата се е повишило с 55% през същия период. След-подмяната спадът на налягането във веригата се върна до 2,7 бара с PTFE намотки. Консумацията на енергия на помпата спадна обратно почти до-първоначалните нива. Само годишните спестявания на електроенергия за изпомпване възстановиха 40% от капиталовите разходи за PTFE бобина през първата година.
Резюме
Корозиралите метални топлообменници увеличават спада на налягането в излугващите вериги чрез прогресивно грапавост на повърхността. По-високото триене изисква повече енергия за изпомпване, повишавайки непрекъснато оперативните разходи до подмяната.
PTFE топлообменниците поддържат първоначалната си гладка повърхност за неопределено време. Падането на налягането остава постоянно. Консумацията на енергия на помпата не се променя. Гъвкавостта на конфигурациите на потопяеми бобини може да елиминира изцяло падането на налягането на външния обменник чрез поставяне на повърхността за пренос на топлина директно в технологичните резервоари.
За операции по излугване, оценяващи подмяната на топлообменника, инженерният анализ е наличен при подаване на текущи данни за спад на налягането във веригата, скорости на потока, химия на разтвора за излугване и налични спецификации на нагревателната среда.
