Com es construeix un intercanviador de calor de grafit de blocs i quines són les seves característiques úniques de muntatge?

Molts intercanviadors de calor de grafit es construeixen com un bloc únic amb canals perforats, més semblants a un col·lector mecanitzat que a un feix de tubs, a diferència de la-coneguda configuració de la carcassa-i-tub. Aquesta estructura té certs avantatges en la compacitat, però també restringeix la reparació. En activitats corrosives, on l'espai és reduït o la integritat de les fuites és vital, cal conèixer el procés de construcció dels intercanviadors de calor de grafit de blocs per especificar l'equip adequat.

Construcció del nucli: blocs perforats cimentats al monòlit
El procediment comença amb enormes blocs de grafit impermeable. El grafit es fa resistent a la corrosió impregnant el grafit de carboni porós amb resina fenòlica o furànica per segellar el grafit contra la penetració de fluids. Els blocs estan perforats amb precisió amb dos jocs de forats perpendiculars, un per al fluid de procés i un altre per al fluid de servei (medi de calefacció o refrigeració). Els dos canals de fluid són generalment perpendiculars entre si, en angle recte, i no es creuen.

A continuació, els blocs individuals s'apilen i es cimenten amb un ciment de resina específic. El ciment ha de tenir el mateix coeficient d'expansió tèrmica que el grafit i una resistència a la corrosió similar. La pila forma un nucli de grafit monolític després del muntatge i curat. La pila de blocs s'acaba amb capçaleres (cambres de distribució) que es cargolen als extrems, normalment amb juntes, per dirigir el fluid dins i fora dels canals perforats. Tot aquest conjunt es tanca després en una carcassa d'acer o es subministra amb revestiments exteriors.

Funcions especials de muntatge d'intercanviadors de grafit de blocs
Modularitat per escalar
La naturalesa del disseny de blocs proporciona modularitat. Es poden apilar diversos blocs horitzontalment o verticalment per millorar l'àrea de transmissió de calor. Es poden utilitzar diferents longituds de blocs dins d'una sola carcassa, de manera que es pot complir el deure necessari sense necessitat de fabricar a mida. Aquesta modularitat redueix l'inventari de peces de recanvi, ja que un bloc defectuós es pot, teòricament, canviar, tot i que de fet la substitució de blocs rarament es realitza, especialment quan es tenen en compte les complicacions d'unió.

Compactetat extrema
Tot el volum del bloc és una superfície de transferència de calor activa: cada centímetre cúbic té canals que s'entrecreuen, fent que la unitat sigui extremadament compacta. No hi ha tubs, deflectors o làmines de tubs per ocupar espai. L'intercanviador de blocs de grafit pot utilitzar un 50-70% menys d'àrea del sòl que els intercanviadors de carcassa de metall-i tubs de la mateixa funció. Aquesta compacitat és especialment útil per a modernitzacions o instal·lacions en instal·lacions químiques existents on l'espai és limitat.

Eliminació d'unions entre tubs i làmines
El disseny del bloc elimina les unions de tub-a-tub, una causa habitual de fuites als intercanviadors de calor convencionals. Sense extrems enrotllats o soldats mecànicament al tub. El grafit sòlid forma una barrera entre el procés i els fluids de servei. Les juntes s'utilitzen exclusivament a la capçalera-per-bloquejar les connexions on tots dos fluids es troben a pressions diferencials modestes. Això minimitza dràsticament els possibles canals de fuites i millora la seguretat amb fluids perillosos o verinosos.

Sense juntes entre els fluids de servei i de procés
Una característica de seguretat important del disseny del bloc és que els dos corrents de fluid no estan separats per juntes. El bloc de grafit és una barrera monolítica contínua. Les juntes de capçalera poden tenir fuites, però, com que les cambres de capçalera estan aïllades, hi ha poques possibilitats que els fluids de procés i servei es contaminin creuament. Aquesta propietat és especialment valuosa en aplicacions on la barreja dels dos líquids produiria reaccions greus o pèrdua de producte.

La principal limitació és la no-reparació
La construcció única també presenta una gran limitació. Si un bloc es fractura a l'interior, com a resultat d'un xoc tèrmic, un augment de pressió o una tensió mecànica, no es pot soldar, pegar ni omplir. Els passatges interns no són accessibles per a la reparació. Heu de substituir tot el bloc o tota la pila de blocs. De fet, això generalment significa abandonar tot l'intercanviador, ja que la substitució de blocs individuals implica trencar juntes unides i tornar a unir nous blocs, cosa que rarament és barata.

En alguns serveis greus, els intercanviadors de blocs són, de fet, components consumibles. La resistència al cicle de temperatura i la fatiga mecànica regeixen la seva vida. Si s'espera un trencament periòdic, es poden proporcionar nombroses unitats de blocs més petites en paral·lel, de manera que una fallada no tanqui tot el procés.

Comparació entre els intercanviadors de calor de grafit Shell i Tube
Els intercanviadors de calor de grafit també estan construïts en un disseny de carcassa-i-tub, utilitzant tubs de grafit (normalment de 20 a 50 mm de diàmetre) i làmines de tub de grafit. La comparació revela els avantatges:

Característica: Block GraphiteGraphite, closca i tub
Densitat de flux de calor Molt alta (estanqueta) Moderada
Vies de fuites Poques (no hi ha unions de tubs) Moltes (cada unió de tubs)
Reparabilitat Cap (bloc esquerdat=substituir) Bona (es poden endollar o substituir tubs individuals)
Pressió màxima de funcionament Menor (sovint 6-10 bar) Més alta (potser 10-16 bar)
Neteja / embutició Forats bloquejats més difícils de netejar És possible la neteja mecànica dels tubs
Tasques típiques Condensació Líquids monofàsics Reboilers, calefacció, refrigeració
Els intercanviadors de blocs s'utilitzen amb freqüència per a activitats de condensació i líquids monofàsics on el xoc tèrmic es controla eficaçment. Per als serveis on l'obstrucció, l'encrassement o el cicle de temperatura són més preocupants, els sistemes de grafit de carcassa i tub es veuen afavorits, ja que els tubs individuals es poden substituir.

Consideracions pràctiques per a l'especificació
Quan es consideri la construcció de l'intercanviador de calor de grafit de blocs per a un servei particular, s'han de tenir en compte les variables següents:

Freqüència de cicle tèrmic - L'augment de la freqüència de cicle augmenta el risc d'esquerdes. Als dissenys de blocs els encanta funcionar tot el temps.

Transitoris de pressió - Els pics de pressió sobtats (colp d'ariet) poden trencar blocs. El disseny de la canonada i l'alleujament de pressió han de ser correctes.

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1-2 mm de risc d'obstrucció, que no és fàcil de tallar.

Criticitat del servei - En un procés de-tren únic, on la fallada d'un intercanviador fa que la producció s'aturi, pot ser que no sigui acceptable no poder reparar unitats de bloc. Es recomanarien unitats redundants o un altre tipus d'edifici.

Conclusió:
L'intercanviador de calor de bloc de grafit és un disseny especialitzat d'alt rendiment que sacrifica la reparabilitat per una compacitat extrema i menys rutes de fuites. La seva construcció consisteix en blocs perforats apilats i units per formar un nucli monolític, proporcionant una gran densitat de transferència de calor i sense connexions de tub-a-tubsheet. Però un bloc esquerdat no es pot arreglar, s'ha de substituir completament. L'estil de l'edifici ha de ser coherent amb la filosofia de manteniment i la criticitat del servei. El grafit de blocs és una solució elegant i que estalvia espai per a activitats contínues, netes i monofàsiques de baix xoc tèrmic. Per a serveis greus o relacionats amb-la seguretat on la reparabilitat és important, altres materials o grafit-i-tubs poden ser més adequats.