O fator de custo do ciclismo térmico
Um sistema de aquecimento de reator químico gira de 25 graus a 150 graus e volta duas vezes ao dia - 730 ciclos térmicos completos por ano. Cada ciclo tensiona os materiais do trocador de calor através da expansão térmica diferencial entre a superfície de transferência de calor e o substrato estrutural.
Os trocadores de calor-de aço revestidos de vidro são construídos pela fusão de uma camada de vidro borossilicato a um invólucro de aço a aproximadamente 850 graus . O vidro e o aço têm diferentes coeficientes de expansão térmica: vidro a 3-6 × 10⁻⁶/ grau, aço a 12-15 × 10⁻⁶/ grau. A diferença de 2-4× significa que durante cada ciclo térmico, o vidro e o aço se expandem e contraem em taxas diferentes. A tensão de cisalhamento se desenvolve na interface vidro-aço.
Os trocadores de calor de PTFE não possuem interface. A parede do tubo é um fluoropolímero homogêneo. A expansão térmica é acomodada pela deformação elástica de toda a espessura da parede. Nenhum estresse diferencial se desenvolve. A implicação no custo de manutenção desta diferença fundamental é substancial ao longo da vida útil do equipamento medida em décadas.
O modo de falha de fragmentação do vidro
Sob repetidos ciclos térmicos, a tensão de cisalhamento cumulativa na interface vidro-aço causa danos progressivos. Micro-fissuras iniciam-se em defeitos microscópicos nas bolhas-do vidro, inclusões ou pontos finos da fabricação original. Cada ciclo térmico estende ligeiramente as fissuras.
Eventualmente, as rachaduras se conectam e um pedaço de vidro se separa do substrato de aço. Isso é fragmentado. A área lascada expõe o aço descoberto ao produto químico do processo. Em serviço ácido, o aço corrói rapidamente. Os produtos de corrosão podem contaminar o processo. A área exposta cresce à medida que o produto químico prejudica o vidro adjacente. O trocador de calor deve ser retirado de serviço para reenvidraçamento.
A reglassing não é um reparo de campo. Todo o trocador deve ser removido, enviado para uma instalação especializada, retirado o vidro restante, recolocado, queimado, testado e devolvido. O processo leva 4-8 semanas. A produção é perdida durante o período, a menos que um trocador sobressalente esteja disponível. O custo de uma peça sobressalente-comprada, armazenada e mantida deve ser incluída no custo do ciclo de vida.
Tabela 1: Comparação de custos de manutenção ao longo de 10 anos (730 ciclos térmicos/ano, 25-150 graus)
| Elemento de custo de manutenção | Vidro-aço revestido | PTFE |
|---|---|---|
| Vida útil esperada do revestimento de vidro sob ciclagem térmica (anos) | 3-6 | N/A (sem forro) |
| Revisando eventos ao longo de 10 anos | 1-3 | 0 |
| Custo de reglassing por evento (% de novos equipamentos) | 50-80% | N/A |
| Tempo de inatividade por evento de reabastecimento (semanas) | 4-8 | N/A |
| É necessário trocador sobressalente | Sim (para manter a produção durante a reenvidraçamento) | Não |
| Custo anual de inspeção | Moderado (teste de faísca para defeitos de vidro) | Baixo (espessura visual + ultrassônica) |
| Capacidade de reparo em campo | Nenhum (qualquer dano no vidro=reparo de fábrica) | Sim (conexão ou substituição do tubo) |
| Repare o tempo de inatividade devido a pequenos danos | Semanas (revisão de fábrica) | Horas (reparo em campo) |
| Custo total de manutenção de 10 anos (relativo) | 2-4× custo inicial do equipamento | 0,1-0,3× custo inicial do equipamento |
A vantagem do reparo em campo
Quando um tubo trocador de calor de PTFE desenvolve um vazamento-geralmente após muitos anos de serviço devido ao afinamento por fluência-o reparo é realizado em campo. O tubo danificado é identificado por teste de pressão. Ele é conectado em ambos os conectores com plugues de PTFE. O trocador retorna ao serviço dentro de algumas horas, operando com capacidade ligeiramente reduzida.
Se a redução de capacidade devido ao entupimento for inaceitável, a seção danificada do tubo ou do feixe de tubos poderá ser substituída durante a próxima parada de manutenção programada. A substituição é mecânica: desaparafuse as conexões de compressão, remova o tubo danificado, insira um novo tubo, reaperte-as conexões. Nenhuma instalação especializada é necessária. O reparo é concluído pelo pessoal de manutenção da planta utilizando ferramentas padrão.
Essa capacidade de reparo em campo elimina a necessidade de um trocador sobressalente. Elimina a interrupção da produção de 4 a 8 semanas para reenvidraçamento na fábrica. Ele permite que a manutenção seja programada e controlada, em vez de ser ditada por eventos de falha de vidro.
O contraste da simplicidade da inspeção
O aço-revestido de vidro exige testes periódicos de faísca para detectar defeitos no vidro. Uma sonda de alta-tensão é passada sobre a superfície do vidro; uma faísca indica um defeito que penetra no aço. O teste exige que o trocador esteja vazio e seco. É demorado-e detecta apenas defeitos que já existem-e não é possível prever quando o próximo defeito se formará.
Os trocadores de calor de PTFE são inspecionados por medição ultrassônica de espessura de parede-rápida, não-destrutiva e executada sem remover o trocador de serviço. As medições rastreiam a progressão lenta e previsível do desbaste por fluência. A espessura futura da parede pode ser projetada a partir de medições atuais, permitindo que a substituição seja planejada com anos de antecedência.
Resumo
Os trocadores de calor de PTFE oferecem custos de manutenção substancialmente mais baixos do que o aço{0}revestido de vidro em serviço com ciclo térmico, porque o PTFE não tem revestimento para lascar, não possui interface de material diferente à fadiga e tem construção-reparável em campo que elimina a necessidade de troca de vidro na fábrica e trocadores sobressalentes. Durante um período de 10-anos, os custos de manutenção de PTFE são de 0,1 a 0,3 vezes o custo inicial do equipamento, em comparação com 2 a 4 vezes para o aço revestido de vidro.
A capacidade de reparar trocadores de PTFE no campo em poucas horas, em comparação com as semanas necessárias para a reenvidraçamento do vidro, oferece vantagens de disponibilidade de produção que muitas vezes excedem as economias diretas nos custos de manutenção.
A análise de engenharia para a seleção do material do trocador de calor ciclado termicamente está disponível mediante envio da faixa de temperatura operacional, frequência do ciclo, química do processo, registros atuais de custos de manutenção e dados de custos de tempo de inatividade de produção.
