O martelo da inicialização a frio
Segunda-feira de manhã, 6h. O trocador de calor de PTFE-desligado no fim de semana é composto por tubos-frios, coletores e tubulação de condensado, todos em temperatura ambiente. A válvula de fornecimento de vapor abre. Em segundos, uma série de estrondos ecoa pela tubulação. Todo o trocador estremece. Os operadores estremecem. O ruído diminui após 2-3 minutos conforme o sistema aquece, mas os danos-fadiga nas conexões, conexões soltas, micro-fissuras nas paredes dos tubos se acumulam a cada partida a frio.
Este cenário se repete em centenas de instalações porque o projeto do sistema de vapor e o procedimento de inicialização não levam em conta as condições únicas de um trocador de calor de PTFE frio. O martelo não é uma característica inerente ao PTFE. É uma falha corrigível no procedimento de instalação ou operação.
O Mecanismo de Pool de Condensado
Quando um trocador de calor de PTFE desliga e esfria, o vapor dentro dos tubos condensa completamente. O condensado se acumula nas seções mais baixas do feixe de tubos e no coletor de condensado. Ao contrário de um trocador metálico, que retém calor suficiente para manter o condensado próximo da ebulição por algum tempo após o desligamento, a baixa massa térmica do PTFE permite que os tubos esfriem rapidamente. O condensado atinge a temperatura ambiente em uma hora.
Quando o vapor é admitido no trocador frio, o vapor encontra essa poça de condensado frio. O vapor condensa violentamente em contato com o líquido frio, criando um vácuo localizado. O condensado circundante corre para preencher o vácuo, colidindo com a parede do tubo e criando o característico choque de martelo. Este é um golpe de aríete induzido-por vapor, diferente do golpe-de fluxo bifásico que ocorre durante a operação constante.
O martelo persiste até que o condensado acumulado seja aquecido até próximo da temperatura de saturação ou fisicamente removido dos tubos pelo fluxo de vapor. A duração do período de martelo depende do volume de condensado acumulado e da taxa de admissão de vapor.
| Fator Martelo | Instalação problemática | Instalação corrigida |
|---|---|---|
| Pool de condensado após desligamento | Condensado preso nos pontos baixos do tubo e coletor | Drenagem completa através de tubos devidamente inclinados e válvulas de drenagem |
| Taxa de admissão do Steam | Pressão de vapor total aplicada instantaneamente | Aquecimento gradual-com uma pequena válvula de derivação |
| Condição do purgador de vapor durante a inicialização | Armadilha fechada (frio); condensado não pode escapar | O desvio do purgador aberto ou o elemento termostático permite a drenagem |
| Configuração da linha de condensado | Bolso ou curvatura a jusante da armadilha; condensado não pode fluir | Inclinação descendente contínua para o receptor de condensado |
| Inclinação do feixe de tubos | Tubos nivelados ou-inclinados para trás; condensado não pode drenar | Inclinação mínima de 1:100 em direção ao coletor de condensado |
As práticas corretivas de instalação
A drenagem completa do condensado durante o desligamento é a principal defesa contra o martelo de partida a frio. O feixe de tubos de PTFE deve ser instalado com uma inclinação descendente contínua de pelo menos 1:100 (1 cm por metro de comprimento do tubo) em direção ao coletor de condensado. O próprio coletor de condensado deve inclinar-se em direção ao purgador de vapor. Nenhum ponto baixo, afundamento ou bolsão pode ser tolerado em qualquer lugar do caminho de drenagem.
Uma válvula de drenagem manual ou automática no ponto mais baixo do sistema de condensado permite que os tubos sejam completamente drenados após o desligamento. A válvula de drenagem deve ser aberta como parte do procedimento de desligamento e permanecer aberta até que o vapor seja readmitido. Para sistemas automatizados, uma válvula de drenagem termostática abre quando a temperatura cai abaixo de um ponto de ajuste, drenando o condensado sem intervenção do operador.
Um purgador de vapor com ventilação termostática fornece um caminho de drenagem durante condições de frio. Os purgadores-de flutuação{1}}e{2}}termostáticos padrão incluem um elemento termostático que fica aberto quando está frio, permitindo que o condensado e o ar passem livremente durante a inicialização. O elemento fecha à medida que a temperatura aumenta, restaurando a operação normal do purgador.
O procedimento de aquecimento-controlado
Mesmo com uma drenagem adequada, alguma condensação se formará durante a admissão inicial do vapor. Um procedimento de aquecimento-controlado limita a taxa de formação de condensado e evita martelos.
A válvula de fornecimento de vapor deve ser aberta lentamente-com fenda para admitir inicialmente um pequeno fluxo de vapor. Uma pequena válvula de derivação (15-20 mm) ao redor da válvula principal de vapor é o método preferido. O bypass permite que um fluxo baixo e controlado de vapor aqueça gradualmente o trocador. O operador abre o bypass e espera até que a tubulação de condensado fique quente ao toque-indicando que os tubos estão acima da temperatura de condensação, antes de abrir a válvula principal de vapor.
O período-de aquecimento normalmente requer de 3 a 5 minutos para um trocador pequeno e de 10 a 15 minutos para um trocador grande. O tempo pode ser automatizado com um sensor de temperatura na saída de condensado que interliga a válvula principal de vapor, evitando que ela abra até que a temperatura do condensado atinja um ponto de ajuste.
O benefício-de longo prazo
A eliminação do martelo de partida a frio prolonga a vida útil do trocador de calor de PTFE e dos componentes do sistema de vapor conectados. O choque repetido do golpe de aríete fadiga as conexões de compressão, afrouxa as conexões do coletor e pode eventualmente causar rachaduras na parede do tubo em pontos de concentração de tensão. Purgadores de vapor e válvulas de controle, sujeitos às ondas de choque, requerem manutenção mais frequente.
O investimento em inclinação de drenagem adequada, válvulas de drenagem e desvio de aquecimento-é recuperado por meio da redução da manutenção e do aumento da vida útil do equipamento. A eliminação das batidas características das segundas-feiras de manhã é um bônus bem-vindo para as operadoras.
Resumo
O golpe de vapor durante a partida a frio de um trocador de calor de PTFE é causado pela condensação violenta do vapor no condensado frio acumulado. A correção envolve garantir a drenagem completa do condensado após o desligamento por meio da inclinação adequada do tubo e das válvulas de drenagem, instalar um purgador de vapor com capacidade de drenagem a frio e implementar um procedimento de aquecimento-controlado usando uma pequena válvula de derivação. Estas medidas eliminam o martelo, protegem o equipamento e prolongam a vida útil de todo o sistema de vapor.
O suporte de engenharia para o projeto do sistema de vapor do trocador de calor PTFE e o desenvolvimento do procedimento de inicialização estão disponíveis mediante o envio da configuração atual da tubulação, pressão do vapor, frequência de desligamento e incidentes de martelo observados.
