За разлика от познатата конструкция с корпус-и-тръба, много графитни топлообменници са изградени като солиден блок с пробити проходи-по-скоро като машинно обработен колектор, отколкото сноп от тръби. Тази конструкция предлага различни предимства в компактността, но също така налага ограничения при ремонта. Разбиране наконструкция на блок графитен топлообменникпроцесът е от съществено значение за определяне на правилното оборудване за корозивни задачи, където пространството е ограничено или целостта на теча е критична.
Основна конструкция: пробити блокове, свързани в монолит
Производственият процес започва с големи блокове от непроницаем графит. Този графит е направен -устойчив на корозия чрез импрегниране на порест въглероден графит с фенолна или фуранова смола, запечатвайки го срещу проникване на течност. Тези блокове са прецизно-пробити в два перпендикулярни комплекта дупки-един комплект за технологичния флуид, един комплект за сервизния флуид (нагряваща или охлаждаща среда). Двата флуидни канала преминават напречно, обикновено под ъгъл от 90 градуса, без да се пресичат.
Отделните пробити блокове след това се подреждат и свързват заедно с помощта на специализиран смолист цимент. Циментът трябва да има коефициент на термично разширение, близък до този на графита, и да притежава еквивалентна устойчивост на корозия. След като купчината е сглобена и втвърдена, резултатът е монолитно графитно ядро. Колекторите (разпределителните камери) са завинтени към краищата на купчината блокове, често с уплътнения, за насочване на течността към и извън пробитите канали. След това целият модул се помещава в стоманена обвивка или е снабден с външни капаци.
Уникални характеристики на сглобяване на блокови графитни обменници
Модулност за мащабируем капацитет
Блоковият дизайн предлага присъща модулност. Множество блокове могат да бъдат подредени вертикално или хоризонтално, за да се увеличи площта на пренос на топлина. Различни дължини на блокове могат да се комбинират в рамките на един корпус, за да се постигне необходимото натоварване без производство по поръчка. Този модулен подход опростява инвентара на резервни части: повреден блок може теоретично да бъде заменен, въпреки че на практика подмяната на блока рядко се извършва поради сложността на свързването.
Изключителна компактност
Тъй като целият обем на блока е активна топлопреносна повърхност-всеки кубичен сантиметър съдържа пресичащи се канали-уредът е изключително компактен. Никакви тръби, прегради или тръбни листове не заемат място. В сравнение с метални корпусни-и-тръбни обменници с еквивалентен режим на работа, блок-графитен обменник може да заема 50–70% по-малко пространство. Тази компактност е особено ценна при преоборудване или инсталации в съществуващи химически заводи, където пространството е от голямо значение.
Премахване на съединенията между тръбите-към-тръбните листове
Блоковият дизайн елиминира съединенията тръба-към-тръбна плоча, често срещан източник на течове в традиционните топлообменници. Няма механично навити или заварени краища на тръбите. Самият твърд графит служи като бариера между процесните и сервизните течности. Уплътненията присъстват само в интерфейсите на колектора-към-блока, където и двата флуида са при ниски разлики в налягането. Това значително намалява потенциалните пътища на изтичане, подобрявайки безопасността с опасни или токсични течности.
Без уплътнения между процесните и сервизните течности
Критична характеристика за безопасност на конструкцията на блока е липсата на уплътнения, разделящи директно двата флуидни потока. Графитният блок е непрекъсната, монолитна преграда. Дори ако уплътненията на колектора се повредят, кръстосано-замърсяване между процесните и сервизните течности е малко вероятно, тъй като камерите на колектора са разделени. Тази функция е високо ценена в приложения, където смесването на двата флуида би причинило тежки реакции или загуба на продукт.
Критичното ограничение: Не-възможност за ремонт
Уникалната конструкция също налага голямо ограничение. Ако блокът се спука отвътре-поради топлинен удар, скок на налягането или механично напрежение-той не може да бъде заварен, закърпен или запушен. Няма достъп до вътрешни проходи за ремонт. Целият блок или пълният стек блокове трябва да бъдат заменени. На практика това често означава бракуване на целия топлообменник, тъй като подмяната на отделни блокове изисква разрушаване на залепени съединения и повторно -залепване на нови блокове, процес, който рядко е икономичен.
Блоковите обменници са по същество консумативи в някои тежки услуги. Техният живот се определя от устойчивостта на термични цикли и механична умора. За приложения, при които се очаква случайно кракване, могат да бъдат посочени множество по-малки блокови единици в паралел, така че единична повреда да не изключи целия процес.
Сравнение с корпусни-и-тръбни графитни топлообменници
Графитните топлообменници също се произвеждат в конфигурация с корпус-и-тръба, като се използват графитни тръби (обикновено с диаметър 20–50 mm) с графитни тръбни листове. Сравнението подчертава компромисите-:
| Характеристика | Блок Графит | Shell{0}}и-Tube Graphite |
|---|---|---|
| Плътност на топлообмен | Много висока (компактна) | Умерен |
| Пътища за течове | Малко (без тръбни съединения) | Много (всяко тръбно съединение) |
| Ремонтопригодност | Няма (кракнат блок=replace) | Добро (индивидуалните тръби могат да бъдат запушени или заменени) |
| Максимално работно налягане | По-ниско (обикновено 6–10 бара) | По-високо (възможно е 10–16 бара) |
| Замърсяване / почистване | По-трудни за почистване на запушени дупки | Тръбите могат да се почистват механично |
| Типични задължения | Кондензация, еднофазни-течности | Отопление, охлаждане, ребойлери |
Блоковите топлообменници често се използват за кондензация и еднофазни{0}}течни режими, където топлинният шок е добре контролиран. Конструкциите с черупкови-и-тръби с графит са предпочитани за услуги, при които рискът от запушване, замърсяване или топлинен цикъл е по-висок, тъй като отделните тръби могат да бъдат заменени.
Практически съображения за спецификация
При оценяванеконструкция на блок графитен топлообменникза конкретно задължение следва да се оценят следните фактори:
Честота на топлинен цикъл– Честите стартирания и спирания увеличават риска от напукване. Блоковите конструкции предпочитат непрекъсната работа.
Преходни процеси на налягането– Внезапните скокове на налягането (воден удар) могат да напукат блоковете. Подходящият дизайн на тръбопроводите и освобождаването на налягането са от съществено значение.
Чистота на течността– Блоковите канали са малки (обикновено с диаметър 6–15 mm). Суспензиите, по-големи от 1–2 mm, рискуват да се запушат, което не може лесно да се запуши.
Критичност на услугата– В процес на един-влак, при който повреда на обменника спира производството, непоправимостта на блоковите единици може да бъде неприемлива. Препоръчват се излишни единици или различен тип конструкция.
Заключение
Блок-графитеният топлообменник е специализиран дизайн с висока-производителност, който заменя възможността за ремонт срещу изключителна компактност и намалени пътища на течове. Неговата конструкция-пробити блокове, подредени и залепени в монолитна сърцевина-осигурява отлична плътност на топлообмен и елиминира фугите тръба-към-тръбна плоча. Въпреки това, напуканият блок не може да бъде поправен, изисква пълна подмяна. Следователно стилът на изграждане трябва да съответства на философията за поддръжка и критичността на услугата. За непрекъснати, чисти, едно-фазни задачи с минимален термичен удар, блок графитът предлага елегантно,-спестяващо място решение. За взискателни или важни за безопасността-услуги, където възможността за ремонт е от първостепенно значение, кожух-и-тръбен графит или алтернативни материали може да са по-подходящи.
