Com es comparen tots els-intercanviadors de calor de fluoropolímer amb els intercanviadors de metall amb revestiments de fluoropolímer?

Per al servei corrosiu quan la pressió o la temperatura superen els límits dels fluoropolímers sòlids, un intercanviador de calor metàl·lic revestit internament amb fluoropolímer és un compromís. Es discuteixen els-compromisos en la fiabilitat, el cost i el rendiment d'aquesta tècnica sobre un intercanviador de fluoropolímers-total. Aquestes discrepàncies són de gran importància per als enginyers de processos que dissenyen equips de transferència de calor per a àcids molt agressius, línies de decapat d'àcid mixt o reactors químics difícils.

Tipus de construcció: com prevenir la corrosió del fluoropolímer de dues maneres
Tots els-intercanviadors de calor de fluoropolímer estan fets íntegrament de materials fluoropolímers com ara PTFE (politetrafluoroetilè), PFA (perfluoroalcoxi alcà) o FEP (etilè propilè fluorat). El fluoropolímer sòlid s'utilitza per a la carcassa (si n'hi ha), el feix de tubs, les làmines de tubs i totes les superfícies internes mullades. Les configuracions més habituals són la carcassa-i-tub (tubs de PTFE o PFA) i les bobines d'immersió. Cap part metàl·lica no toca el fluid del procés corrosiu.

Els intercanviadors metàl·lics revestits de fluoropolímer-consten d'una carcassa metàl·lica que conté la pressió i les làmines de tub produïdes amb acer al carboni, acer inoxidable o altres aliatges. A continuació, les superfícies internes que estan en contacte amb el fluid corrosiu estan revestides amb un fluoropolímer, normalment PTFE o PFA. Tècniques de folre:

Revestiment de làmines: les làmines de PTFE es solden o enganxen al substrat metàl·lic.

Recobriment per polvorització o electrostàtic: s'apliquen recobriments de fluoropolímer més prims i sinteritzats.

Folre solt: un mitjó de PTFE desmuntable situat dins de la carcassa metàl·lica.

El gruix del revestiment sol ser de 0,5 a 1,5 mil·límetres, segons l'aplicació i el tipus de revestiment.

Classificació de pressió: el gran avantatge dels intercanviadors de metall amb folre
La diferència més important entre els dos sistemes és la seva capacitat de contenció de pressió.

La pressió de tots els-intercanviadors de fluoropolímer està limitada per la resistència mecànica del propi fluoropolímer. El PTFE i el PFA tenen una resistència a la tracció baixa (generalment 20-30 MPa) i, de manera més crítica, mostren fluïdesa (flux en fred) sota càrrega sostinguda. A pressions més altes, el fluoropolímer es deformarà, provocant un col·lapse del tub, fuites de la làmina del tub o ruptura de la closca. Les pressions de funcionament màximes pràctiques típiques dels intercanviadors de tubs-i-tubs de fluoropolímer són de 3-5 bar (45-75 psi) al costat del fluoropolímer. Alguns dissenys específicament reforçats arriben a 7 bar, encara que aquests són rars.

Els intercanviadors metàl·lics revestits, en canvi, depenen de la carcassa metàl·lica i les làmines de tubs per contenir la pressió. L'acer al carboni pot suportar de manera segura pressions de 10 bar, 20 bar o més, limitades només pel codi de disseny (per exemple, ASME, secció VIII) i les classificacions de la brida. El revestiment de fluoropolímer no depèn de la integritat estructural, només és una barrera contra la corrosió. En serveis d'àcid d'alta pressió, com ara refineries, plantes químiques o depuradors d'àcid clorhídric d'alta pressió, els intercanviadors revestits solen ser l'única opció no-metàl·lica.

Límits de temperatura; Diferències i similituds importants
La temperatura màxima contínua del fluoropolímer en si és similar per a tots els-intercanviadors de fluoropolímers i fluoropolímers revestits. Per sobre d'aproximadament 200 graus (392 graus F) per a PFA i 260 graus (500 graus F) per a PTFE, tant PTFE com PFA comencen a suavitzar-se i arrasar-se considerablement en exposicions curtes. Però les temperatures pràctiques de servei continu són més baixes:

Tots els intercanviadors de fluoropolímers: generalment restringits a 110-120 graus per a PTFE (perquè es mouen sota els diferencials de pressió del tub) i 150-180 graus per a PFA (a causa del gruix de la paret i el disseny del suport).

Bescanviadors metàl·lics revestits: el revestiment està suportat pel substrat metàl·lic, de manera que s'evita una deformació extensa. Poden treballar a temperatures més altes. Els intercanviadors d'acer revestits de PTFE-s'utilitzen normalment a 180-200 graus (continus) i fins a 230 graus durant períodes curts. La permeació del revestiment i l'adhesió del revestiment al metall esdevenen l'element limitant.

Cal tenir en compte que a temperatures elevades tots els fluoropolímers mostren una permeabilitat millorada a alguns gasos i molècules minúscules (per exemple, clor, clorur d'hidrogen). Els intercanviadors revestits tenen el risc addicional de permeació de vapor a través del revestiment que es condensa al contacte metàl·lic, cosa que podria provocar corrosió oculta.

Fiabilitat contra la corrosió: protecció uniforme o risc de fallada del revestiment
Tots els-intercanviadors de fluoropolímer ofereixen una resistència a la corrosió uniforme i contínua a tota la superfície mullada. No hi ha costures, forats o interfícies de metall exposades al fluid de procés. El fluoropolímer és uniforme en el gruix de la paret. Fins i tot si la superfície està raspada o raspada, el material de sota encara és resistent químicament. Aquest disseny evita el perill de "corrosió oculta" sota un revestiment.

Els intercanviadors de metall revestits tenen una sèrie d'escenaris de fallada que no estan presents en tots els-dissenys de fluoropolímers:

Els forats o buits del revestiment - fins i tot imperfeccions molt petites (menys de 0,1 mm) permeten que els líquids corrosius accedeixin al substrat metàl·lic. Els productes de corrosió poden provocar butllofes o desenganxament del revestiment després que el metall comenci a corroir, cosa que pot provocar una fallada accelerada.

Desenllaç del revestiment - L'enllaç entre el revestiment de fluoropolímer i el substrat metàl·lic mai no és perfecte. El cicle tèrmic pot induir una expansió diferencial (el PTFE s'expandeix ~ 7 vegades més que l'acer, tal com s'indica a les seccions anteriors) que pot provocar que el revestiment s'allunyi de la paret. L'espai resultant pot atrapar l'àcid que penetra i provocar un atac localitzat.

Permeació i condensació - Alguns àcids (especialment HCl a temperatures elevades) s'infiltren al revestiment prim. Si la carcassa metàl·lica és més freda que la part del procés (com passa sovint en els treballs de refrigeració), l'àcid penetrat es condensa a la superfície metàl·lica produint corrosió "des de dins cap a fora". Aquest és un mode de fallada comú en equips d'acer folrat de PTFE.

Danys en servei o durant la instal·lació o el manteniment - Les eines es poden tallar, ratllar o abollar fàcilment els revestiments. Una rascada profunda pot ser un moment d'inici de fracàs.

En realitat, un problema important amb els intercanviadors revestits és que un petit forat imperceptible pot provocar un col·lapse catastròfic en qüestió de setmanes o mesos, mentre que un intercanviador de fluoropolímers podrà continuar operant amb seguretat. Alternativament, un intercanviador revestit de fabricació professional i manteniment adequat pot donar molts anys de servei a pressions i temperatures impossibles amb sistemes de fluoropolímer sòlid.

Comparació de costos Consideracions sobre la inversió inicial i el cicle de vida{0}}
Per a feines de baixa pressió i baixa temperatura, tots els-intercanviadors de calor de fluoropolímer solen ser més barats de produir. Els materials (tubs de PTFE o PFA, làmines) solen tenir un cost econòmic. La fabricació requereix el segellat tèrmic o la soldadura de components de fluoropolímer.

Els intercanviadors de metall amb tubs són més cars de construir. La carcassa metàl·lica i les làmines de tub s'han de fabricar segons els codis dels recipients a pressió i, a continuació, s'han de revestir amb fluoropolímer: un procés-intensiu de mà d'obra que implica treballadors experts, control de qualitat (prova d'espurna per a forats) i soldadura especialitzada de làmines de fluoropolímer. Com a resultat, el preu de compra inicial d'un intercanviador revestit és entre un 30 i un 100% més gran que un intercanviador de fluoropolímer-de la mateixa àrea de transferència de calor.

Tanmateix, per a aplicacions d'alta pressió (per exemple, . 10 bar o superior), un intercanviador de fluoropolímers de tot-pot ser que no sigui pràctic en absolut. En aquests casos, l'única alternativa és un intercanviador revestit- o un intercanviador d'aliatge metàl·lic. A continuació, la comparació de costos passa al fluoropolímer folrat contra aliatges exòtics (titani, tàntal, Hastelloy). Aquesta comparació generalment mostra un fluoropolímer revestit com un estalvi de costos important.

Comparació de resum - Bescanviador de metalls amb totes les-funcions de revestiment de fluoropolímer i fluoropolímerTot l'intercanviador de fluoropolímer-intercanviador de calor metàl·lic revestit de fluoropolímer
Valoració de pressió típica 3-5 bar (limitada per fluència de fluoropolímer) 10-20 bar+ (restringida pel codi de disseny de carcassa metàl·lica)
Temperatura màxima contínua 110-120 graus (PTFE); 150-180 graus (PFA) 180-200 graus (revestiment de PTFE amb suport metàl·lic)
Resistència a la corrosió Protecció excel·lent i consistent, sense metall per corroir. Bona però possibilitat de forats, delaminació i corrosió per permeació
En cas de problema de revestiment, fallada moden/a (sense revestiment) Corrosió metàl·lica ràpida Possibles fuites catastròfiques
Prova i inspecció. Continuïtat visual i elèctrica (simple) Necessita prova d'espurna (identificació de forats). Necessitarà un replantejament freqüent.
Primer cost Menor per a tasques de baixa pressió Més (recipient a pressió + mà d'obra de revestiment)
Risc de manteniment Baix; sense reemplaçament del revestiment De moderada a alta; el revestiment es pot danyar durant el manteniment
Aplicacions típiques Escalfament/refrigeració de galvanoplastia, depuradors d'àcid atmosfèric, banys de decapat a baixa pressióRefrigeradors d'HCl-alta pressió, intercanviadors de calor per a àcid concentrat en refineries, reactors químics.
Directriu de decisió: com triar la tecnologia adequada
La decisió d'utilitzar un -fluoropolímer o un intercanviador metàl·lic revestit s'ha de basar en els requisits de pressió i temperatura i el nivell acceptable de risc de fallada.

Trieu un intercanviador de calor totalment-de fluoropolímer si:

Pressió de funcionament inferior a 5 bar (75 psi).

La temperatura és inferior a 120 graus (PTFE) o 180 graus (PFA).

La fiabilitat de la corrosió absoluta és essencial. No es tolera cap fallada de forat o revestiment.

El fluid del procés és àcids oxidants o àcids barrejats i un lleuger contacte amb metalls provocarà un fracàs ràpid.

Es vol un cost de capital inicial més baix.

L'intercanviador es troba en un lloc on no s'admeten fuites (per exemple, per sobre d'equips sensibles o en un entorn de sala blanca).

Quan seleccioneu un intercanviador de calor metàl·lic amb un revestiment de fluoropolímer:

La pressió de funcionament és superior a 5 bar i pot ser superior a 20 bar.

La temperatura és inferior a 200 graus i superior a 120 graus

El fluid de procés està adequadament caracteritzat i no conté espècies que augmentin la permeabilitat del revestiment (per exemple, gas HCl calent).

Hi ha un estricte programa d'inspecció i manteniment que inclou proves periòdiques d'espurna del revestiment.

Els aliatges de metalls exòtics (titani, tàntal) són massa cars, per tant l'acer revestit és una opció rendible.

S'admet alguna possibilitat de fallada del revestiment si s'instal·len dispositius de seguretat redundants (detecció de fuites, contenció secundària).

Els intercanviadors de PTFE amb folre són una solució tradicional per a serveis àcids d'alta pressió típics de les refineries i grans instal·lacions químiques, com els refrigeradors d'àcid clorhídric a 10 bar i 150 graus. La majoria, però, instal·len dispositius de detecció de fuites (sondes de conductivitat entre el revestiment i la carcassa) per avisar anticipadament de la violació del revestiment.

Conclusió: els requisits de fiabilitat i seguretat dirigeixen l'elecció
Tots els-intercanviadors de calor de fluoropolímer exclouen el metall del camí humit per garantir la màxima fiabilitat contra la corrosió. Sense revestiment desenganxat, cap forat de corrosió i cap substrat metàl·lic ocult per trencar-se. Però els seus rangs de pressió i temperatura són petits.

Els intercanviadors metàl·lics revestits de fluoropolímer- estan proveïts d'una contenció de carcassa metàl·lica que permet el funcionament a pressions i temperatures més altes. La compensació és que és més complex, més car d'engegar i introdueix nous modes de fallada-forats, desenganxament, permeació-que no estan presents en tots els-dissenys de fluoropolímers.

Els enginyers de processos han de tenir en compte aquests{0}}compromisos amb cura. Tots els-intercanviadors de fluoropolímers són generalment la millor solució per a aplicacions de baixa pressió i alta fiabilitat. Un rigorós control de qualitat, inspecció i detecció de fuites són necessaris per a treballs d'alta pressió i alta temperatura on el fluoropolímer revestit és l'única opció no metàl·lica. Aquesta decisió clau de disseny s'ha de basar en criteris de seguretat i fiabilitat, assegurant que la tecnologia d'intercanviador de calor seleccionada sigui adequada per als perills particulars i les circumstàncies operatives del procés químic.