Графит је керамички{0}}материјал-јак на компресију, али ломљив. Оштар ударац, изненадни скок притиска или сталне вибрације могу да напукну графитни измењивач, што доводи до катастрофалног квара на начин на који флексибилне ПТФЕ цеви никада не би. Док графит нуди изузетну отпорност на корозију и топлотну проводљивост, његова механичка крхкост намеће строга ограничења на то где се може безбедно инсталирати. Разумевањеограничење измењивача топлоте механичког удара графитаје кључно за одабир опреме која ће остати поуздана током предвиђеног радног века.
Крхкост графита: нема дуктилности, нема упозорења
Графит практично не поседује дуктилност или понашање при попуштању пре лома. За разлику од метала, који се растежу и пластично деформишу под напрезањем, или ПТФЕ, који може значајно да се издужи без ломљења, графит се понаша као крта чврста материја. Не савија се и не растеже; пуца. Затезна чврстоћа непропусног графита се обично креће од 10-20 МПа, што је слично као код ПТФЕ. Међутим, способност ПТФЕ-а да пластично попушта и апсорбује енергију чини га далеко отпорнијим-на ударе. Графит, насупрот томе, складишти еластичну енергију док се не постигне критични напон, а затим се изненада ломи без претходне деформације.
Ова кртост значи да графитни размењивачи топлоте не могу толерисати изненадна механичка оптерећења, оштре ударе или понављајуће циклусе напрезања. Чак и један догађај надпритиска или умерена вибрација током времена могу покренути пукотине које се шире кроз блокове, цеви или листове цеви.
Специфичне механичке претње измењивачима графита
Водени чекић: Скривени талас притиска
Изненадно затварање вентила, покретање пумпе или брзо заустављање протока ствара талас притиска који путује кроз цевовод брзином звука. Овај импулс воденог удара може достићи притиске много пута веће од пројектованог притиска система. За графитни измењивач, такав импулс може моментално да пукне блокове или цеви. Природа графита попут керамике значи да не може да апсорбује енергију скока притиска кроз еластичну деформацију; уместо тога, талас притиска проналази слабу тачку-често на спојевима млазница или угловима блока-и покреће лом.
У било ком систему где је могуће ударање воденим чекићем, графит је избор високог{0}}ризика. Водови за кондензацију паре, дуги цевовод са вентилима за брзо-затварање и испусни водови пумпе неодговарајуће величине су уобичајени извори воденог удара. Чак и један озбиљан догађај може уништити графитни измењивач изнутра без видљивих спољашњих оштећења.
Замор од вибрација од ротирајуће опреме
Пумпе, компресори, мешалице и оближње ротирајуће машине преносе континуиране вибрације кроз цевовод и омотач измењивача. Временом, ова механичка осцилација може да замори графитне компоненте, посебно на спојевима, спојевима цеви-на-лимовима, или тамо где је крути цевовод причвршћен директно за млазнице измењивача. Вибрације не морају бити насилне; Осцилације ниске{4}}амплитуде, високе{5}}фреквенције могу да изазову микро-прслине које се полако шире све док не дође до потпуног лома.
Измењивачи графита захтевају механички "тихо" окружење. Инсталација у истом клизишту као клипна пумпа или директно поред неуравнотеженог вентилатора изазива превремени квар. Чак и вибрације изазване протоком-из турбулентног флуида који пролази кроз пролазе измењивача могу, у неким случајевима, да побуде природне фреквенције графитних цеви или блокова.
Оштећења приликом руковања и одржавања
Крхкост такође утиче на монтажу и сервисирање. Испуштени алат који удари у графитну млазницу, тешка прирубница цеви која је наметнута у неусклађеност, или чак претерано затезање вијака на поклопцу може изазвати пукотину. За разлику од металних измењивача, који издржавају грубо руковање током монтаже, графитне јединице морају бити пажљиво третиране. Оштећење при транспорту је још једна уобичајена брига: палета која је испуштена током истовара може да напукне графитни блок пре него што уђе у употребу.
Мере ублажавања за измењиваче графита
Тамо где се графитни измењивачи топлоте морају користити у окружењима са потенцијалним механичким ударима или вибрацијама, неколико пракси дизајна и инсталације може смањити ризик:
| Хазард | Мера ублажавања |
|---|---|
| Водени чекић | Инсталирајте вентиле за споро{0}}отварање, пригушиваче пренапона или акумулаторе. Избегавајте брзо-затварање магнетних вентила на струји течности која улази у измењивач. Дизајнирајте цевовод тако да минимизира изненадне промене протока. |
| Вибрације цеви | Користите флексибилне конекторе (плетена метална црева или експанзионе спојнице) између крутих цеви и млазница измењивача. Независно подуприте цевовод у близини измењивача да бисте избегли пренос оптерећења. |
| Вибрације пумпе или компресора | Изолујте измењивач на носачима за{0}}пригушење вибрација. Одвојите измењивач од вибрирајућих машина са најмање 2-3 метра флексибилног цевовода. |
| Руковање ударом | Обезбедите заштитне штитнике или кавезе око рањивих млазница. Наведите ушице за подизање директно на кућишту измењивача. Обучите особље за одржавање правилним поступцима руковања. |
| Топлотни шок | Контролишите стопе грејања и хлађења (обично<5–10°C per minute). Avoid sudden introduction of cold fluid into a hot exchanger. |
Чак и уз ове мере, никакво ублажавање не може у потпуности да елиминише ризик који представља механички удар. За апликације у којима се не могу поуздано спречити ударци воде или високе вибрације, треба размотрити алтернативне материјале као што су ПТФЕ цевни снопови или измењивачи силицијум карбида.
Када је графит прикладан-а када није
Графитни размењивачи топлоте имају добре резултате у механички стабилним инсталацијама са ниским-вибрацијама где је проток течности непрекидан, скокови притиска су одсутни, а оператери пажљиво поступају. Типичне погодне апликације укључују:
Стационарно{0}}загревање или хлађење течности у хемијским реакторима
Кондензација чистих пара под гравитационим одводом
Сервис бојлера са контролисаним термичким улазом
Неприкладне апликације укључују:
Системи за кондензат{0}}склони парним чекићем
Инсталације директно низводно од клипних пумпи
Мобилна или поморска опрема подложна кретању и удару
Било која услуга у којој систему цевовода недостају флексибилни конектори или одговарајући ослонци
Поређење са ПТФЕ: механичка жилавост наспрам хемијске отпорности
Контраст са ПТФЕ-ом је поучан. ПТФЕ цевни снопови се савијају под ударима притиска, апсорбујући механички удар без оштећења. ПТФЕ може да издржи понављајуће вибрације, па чак и умерено руковање. Међутим, ПТФЕ нема високу топлотну проводљивост графита и не може да ради на истим високим температурама. Избор између графита и ПТФЕ се често своди на компромис-: хемијске-термичке перформансе (графит) у односу на механичку робусност (ПТФЕ).
Закључак
Урођена кртост графита ограничава његову употребу на механички стабилне инсталације са ниским{0}}вибрацијама, док је ПТФЕ далеко попустљивији. Водени чекић, трајне вибрације и оштећења од удара представљају стварну претњу интегритету графитног измењивача топлоте. Напукли блок или цев се не могу поправити; јединица се обично мора заменити. Стога је механичко окружење једнако важно као и хемијско окружење у избору материјала. Пре него што одредите графитни измењивач топлоте, мора се извршити детаљна процена динамике цевовода, брзина покретања вентила, оближње ротирајуће опреме и пракси руковања. Када се механички удар не може елиминисати, треба размотрити алтернативне материјале-отпорне на корозију-или другачији дизајн измењивача- како би се избегли катастрофални кварови и непланирани застоји.
