ブロックグラファイト熱交換器はどのように作られ、その独特の組み立て機能は何ですか?

多くのグラファイト熱交換器は、よく知られている-シェル-と-の構成とは異なり、穴の開いたチャネルを備えた単一のブロックとして構築されており、チューブ束というよりは機械加工されたマニホールドに似ています。この構造にはコンパクトさという点で一定の利点がありますが、修理にも制限があります。スペースが貴重であるか、漏れの完全性が重要である腐食活動では、適切な機器を指定するにはブロックグラファイト熱交換器の製造プロセスに関する知識が必要です。

コア構造: モノリスに硬化されたドリルブロック
この手順は、不浸透性グラファイトの巨大なブロックから始まります。グラファイトは、多孔質カーボングラファイトにフェノール樹脂またはフラン樹脂を含浸させて液体の浸透を防ぐことによって耐食性を与えられます。ブロックには、プロセス流体用とサービス流体 (加熱媒体または冷却媒体) 用の 2 セットの垂直穴が正確に開けられています。 ２つの流体チャネルは一般に互いに直角であり、交差しない。

次に、個々のブロックを積み上げ、特定のレジンセメントで接着します。セメントはグラファイトと同じ熱膨張係数と同様の耐腐食性を備えていなければなりません。スタックは、組み立てと硬化後にモノリシックグラファイトコアを形成します。ブロックスタックはヘッダー (分配チャンバー) で終端されており、ヘッダー (分配チャンバー) は通常はガスケットを使用して端にボルトで固定されており、流体を穿孔されたチャネルに出入りするように送ります。このアセンブリ全体はスチール製のシェルに包まれるか、外装カバーが付属します。

ブロックグラファイトエクスチェンジャーの特別なアセンブリ機能
スケーリングのためのモジュール性
ブロック設計の性質によりモジュール性が提供されます。熱伝達面積を向上させるために、いくつかのブロックを水平または垂直に積み重ねることができます。単一のシェル内で異なるブロック長を使用できるため、特注製造を必要とせずに必要な義務を満たすことができます。このモジュール性により、理論的には欠陥ブロックを交換できるため、スペアパーツの在庫が削減されますが、実際には、特にボンディングの複雑さを考慮した場合、ブロックの交換が行われることはほとんどありません。

極めてコンパクト
ブロック全体の体積がアクティブな熱伝達面となり、各立方センチメートルごとに交差するチャネルがあり、ユニットが非常にコンパクトになります。スペースを占めるチューブ、バッフル、チューブシートがありません。ブロックグラファイト熱交換器は、同じ用途の金属シェルおよびチューブ熱交換器よりも 50-70% 少ない床面積を使用できます。-。このコンパクトさは、スペースが貴重な既存の化学施設への改造や設置に特に役立ちます。

チューブと管板間の接合部をなくす
ブロック設計により、従来の熱交換器での漏れの一般的な原因であるチューブとチューブシートの接合部が排除されます。{0}{1}チューブの端を機械的に丸めたり溶接したりすることはありません。固体グラファイトは、プロセスと使用流体の間に障壁を形成します。ガスケットはヘッダーでのみ使用され、両方の流体の差圧が緩やかな接続をブロックします。--これにより、可能性のある漏れ経路が大幅に最小限に抑えられ、危険または有毒な液体の安全性が向上します。

サービス流体とプロセス流体の間にガスケットはありません
ブロック設計の主な安全特性は、2 つの流体の流れがガスケットによって分離されていないことです。グラファイト ブロックは、連続したモノリシック バリアです。ヘッダーのガスケットが漏れる可能性がありますが、ヘッダー チャンバーは隔離されているため、プロセス流体やサービス流体が相互汚染される可能性はほとんどありません。この特性は、2 つの液体の混合により深刻な反応や生成物の損失が生じる用途で特に価値があります。

主な制限は、修復不可能であることです。{{0}
独特の構造には大きな制限もあります。熱ショック、圧力サージ、または機械的ストレスの結果としてブロックの内部で破損した場合、溶接、パッチ、または充填を行うことはできません。内部通路は修理のためにアクセスできません。ブロック全体またはブロック スタック全体を置き換える必要があります。実際、これは通常、個々のブロックの交換には接着された接合部の破壊と新しいブロックの再接着が含まれるため、熱交換器全体を放棄することを意味しますが、これが安価になることはほとんどありません。

一部の厳しいサ​​ービスでは、ブロック エクスチェンジャは事実上、消耗品コンポーネントです。温度サイクルと機械的疲労に対する耐性が寿命を左右します。周期的なクラックが予想される場合は、1 つの障害によってプロセス全体が停止しないように、多数の小さなブロック ユニットを並列に提供することができます。

シェルグラファイト熱交換器とチューブグラファイト熱交換器の比較
グラファイト熱交換器は、グラファイト チューブ（通常は直径 20～50 mm）とグラファイト チューブ シートを使用したシェルおよびチューブ設計でも構築されています。--比較すると、トレードオフが明らかになります。

特徴: ブロックグラファイトグラファイト、シェル & チューブ
熱流束密度非常に高い（きつい）中程度
漏れ経路 少ない (チューブ接合部なし) 多い (各チューブ接合部)
修理可能性 なし (ひび割れたブロック=を交換) 良好 (単一チューブの差し込みまたは交換が可能)
動作の最大圧力低め (多くの場合 6 ～ 10 bar) 高め (おそらく 10 ～ 16 bar)
洗浄・汚れ 穴の詰まりは洗浄が困難 チューブの機械洗浄が可能
代表的なタスク 凝縮 単相液体リボイラー、加熱、冷却
ブロック熱交換器は、熱衝撃が効果的に制御される凝縮および単相液体の活動によく使用されます。目詰まり、汚れ、または温度サイクルがより懸念されるサービスの場合は、個々のチューブを交換できるため、シェルアンドチューブ グラファイト システムが好まれます。

仕様に関する実際的な考慮事項
特定の用途に合わせてブロック グラファイト熱交換器の構造を検討する場合、次の変数を考慮する必要があります。

熱サイクル頻度 - サイクル頻度が増加すると、亀裂のリスクが増加します。ブロック デザインは常に実行するのが大好きです。

圧力過渡現象 - 突然の圧力スパイク (ウォーターハンマー) により、ブロックが粉砕される可能性があります。配管設計と圧力逃がしが正しい必要があります。

Fluid purity – Ports to blocks are small (usually 6-15 mm diameter). Suspended particles >1 ～ 2 mm になると目詰まりする可能性があり、ロッドで固定するのは容易ではありません。

サービスの重要度 - 単一のトレイン プロセスでは、交換器の障害により生産が停止するため、ブロック ユニットを修復できないことは許容できない場合があります。-冗長ユニットまたは別の建物タイプをお勧めします。

結論：
ブロックグラファイト熱交換器は、修理性を犠牲にして極めてコンパクトになり、漏れ経路が少なくなる特殊な高性能設計です。その構造は、穴を開けたブロックを積み重ねて接着してモノリシック コアを形成することで、優れた熱伝達密度を実現し、チューブとチューブシートの接続が不要です。-しかし、ひび割れたブロックを修復することはできず、完全に交換する必要があります。建物のスタイルは、メンテナンスの理念とサービスの重要性と一致している必要があります。ブロック グラファイトは、低熱衝撃、連続的、クリーンな単相アクティビティ向けのエレガントで省スペースなソリューションです。修理可能性が重要な重度のサービスや安全関連のサービスには、他の材料やシェル-やチューブ グラファイト-の方が適している場合があります。{7}}