PTFE シェル-および-スラリーを処理するチューブ エクスチェンジャーに最適なバッフル間隔を選択するにはどうすればよいですか?

細かい研磨砂を含む鉱物スラリーは、シェル{0}}と-の密に配置されたバッフル間の小さな隙間にすぐに詰まり、流路を閉塞し、チューブの表面をこすります。スラリーの使用では、熱交換器は、熱を伝達するだけでなく、シェル内で沈降、架橋、浸食、または凝集を継続的に試みる懸濁物質の連続的な動きに耐える必要があります。

スラリー負荷に合わせてバッフル システムを設計することは、油圧バランスをとる作業になります。熱交換器は、過度の乱流、詰まり、摩耗を避けながら、粒子を浮遊状態に保つのに十分な速度で粒子を移動させ続ける必要があります。

適切なバッフル間隔の PTFE 交換器スラリー処理設計の主な目標は、熱性能を損なうことなく安定した固体輸送を提供するオープンで制限の少ない流路を作成することです。-

スラリーサービスにおいてバッフル間隔が重要な理由
バッフルは、シェル{0}}側の流体をシェル-とチューブ交換器内のチューブ束全体にガイドし、熱伝達を強化し、チューブに機械的サポートを提供します。

きれいな液体のサービスでは、乱流と熱伝達効率が高まるため、密集したバッフルが望ましいことがよくあります。スラリーは非常に独特な挙動をします。

固体粒子は流体の流線に正しく従いません。代わりに、彼らは次のことを行います。

低速領域に向かってドリフトする-

デッドゾーンに蓄積する

高速度の表面を侵食する-

狭いトンネルを渡る橋

乱気流が弱まると沈静する

バッフルが互いに近づきすぎると、スラリーは狭い流れ窓を通して常に方向を変えることを強いられます。研磨粒子はバッフルのエッジに接触し、停滞したポケット内で再循環し、徐々に堆積物を生成して流れをさらに制限します。

結果は次のようになります。

圧力損失の増加

流れの偏在

チューブエロージョン

丈夫なパッキン

徐々に目詰まりが起こる

熱伝達効率の低下

スラリー用途では、乱流の増大よりも油圧純度が優先されることがよくあります。

広いバッフル間隔が好まれるのが一般的な理由
広いバッフル間隔により、交換器シェルを通るより大きく真っ直ぐな流路が生成されます。

この設計により、スラリーが狭まったクロスフローセクションを繰り返し滑りやすくなるのとは対照的に、粒子はより少ない方向変化とより少ない制限で束を通って流れることができます。

間隔を大きくすると、いくつかの運用上の利点が得られます。

圧力損失の低減
バッフルの数が少なくなると、シェル側の総油圧抵抗が減少します。これにより、ポンプの需要が減り、孤立した高速浸食ゾーンが発生する可能性が最小限に抑えられます。-

改良された固形物通路
より大きな流れ通路により、粗粒子や凝集物が交換器をより自由に移動できるようになります。

これは、以下の場合に特に重要になります。

鉱物スラリー

液体の結晶化

廃棄物処理システム

研磨性酸化物の懸濁液

金属を含むプロセスストリーム

摩耗の低減
方向の変化が減少すると、チューブ表面やバッフルエッジに対する粒子の衝突が減少します。

多数の障害物に積極的にぶつかるのではなく、スラリーが素早く静かに通過するように設計されています。

トレードオフ: -シェルの側面速度の低下-
バッフル間隔を増やすと固体の輸送が強化されますが、シェル側の乱流と速度も減少します。{0}

その結果、粒子の沈降が競合リスクとなります。

スラリー速度が低下しすぎると、微粒子がキャリア流体から分離し始め、交換器シェル内に蓄積します。沈殿は、シェル壁に沿った流量の低い場所やチューブの列の下で発生することがよくあります。-

ほとんどの鉱物スラリー中で粒子の懸濁状態を維持するには、通常、最小流体速度 1.5 ～ 2 m/s が必要です。

この範囲を下回ると、粒子サイズと密度に応じて、沈降リスクが大幅に増加します。

したがって、熱交換器の設計では、固体を常に動かし続けるために適切なシェル側速度を維持する必要があります。{0}}

流量増加によるサスペンションの維持
一般的な方法は、シェル側の循環流量を増やすことです。{0}

より広いバッフル間隔が局所速度に影響を与える場合、それを補うためにスラリーの総流量が増加する可能性があります。多くの産業システムでは、特に交換器を通過する懸濁液の速度を維持するために、専用の再循環ポンプが備えられています。

この戦略には多くの利点があります。

固体輸送の改善

デッドゾーンの減少

より信頼性の高い熱性能

沈殿物の蓄積の可能性の減少

この方法は、熱負荷から固体懸濁液の必要性をうまく分離します。

熱交換器は、乱流を引き起こす狭いバッフル間隔だけに依存するのではなく、調整されたバルク流速を通じて粒子の動きを維持します。

バッフルカット形状の重要性
スラリーの性能はバッフル間隔だけで決まるわけではありません。同様に重要なのはバッフル カットです。バッフル カットは、シェル側の流れを可能にする開いた窓セクションです。{1}}

スラリーサービスでは、通常、バッフルカットは以下を提供するために広げられます。

粒子通過のためのより広い領域

詰まりのリスクの減少

局所的な乱気流の低減

固体の分散が向上

急激な方向変化は可能な限り最小限に抑えられます。

遮るもののない大きな窓により、固形物がバッフルの端の後ろに集まったり、チューブの列の間にブリッジしたりするのを防ぎます。

粒子が沈降するまでに十分な時間停止する可能性がある静的なポケットは、適切に設計されたスラリー交換器によって防止されます。{0}}

チューブのピッチとレイアウトもプラグ接続に影響します
スラリーの動きは、シェル内のチューブのレイアウトによって大きく影響されます。

チューブの間隔が近づきすぎると、粒子が隣接するチューブ間を橋渡しし、最終的には詰まった堆積物を形成する可能性があります。

固体の輸送は、次のような多くの設計上の決定に影響されます。

スラリー効果の設計パラメータ
広いチューブピッチにより固体ブリッジが減少します
三角形のチューブ配置乱流は多いが流路はより密
角-チューブ設計オープンフローのより多くのチャネル
シェルクリアランスが大きい粒子の通過が容易
スラリー-交換器を処理する場合、正方形-ピッチ構成が選択されることがよくあります。これは、より直線的で制限の少ない流れ通路が生成されるためです。

チューブのピッチ、配置、バッフルの形状の組み合わせによって、固体が移動し続けるか収集が始まるかが最終的に決まります。

スラリーサービスにおける PTFE チューブの利点
PTFE チューブは、スラリー処理交換器においてさまざまな実用的な利点をもたらします。{0}

-こびりつきにくく滑らかな表面
フッ素ポリマー表面は、さまざまな固形物や沈殿物の付着を妨げます。粒子がチューブと接触した場合でも、持続的な堆積物が形成される可能性は低くなります。

耐腐食性
砥粒に加えて、多くのスラリーには腐食性化合物も含まれています。 PTFE は、さまざまな酸、塩、酸化物質にも同時に耐えます。

スケーリング傾向の低下
PTFE の低い表面エネルギーは、結晶化した塩やミネラルスケールの蓄積を防ぐのに役立ちます。

多くの金属チューブ素材と比較すると、これらの特性により長期的な洗浄性が向上します。{0}}

過酷なスラリー用途向けのフローティングヘッドの設計
慎重な油圧設計を行っていても、極端なスラリー設定では依然としてゆっくりとした蓄積が発生する可能性があります。

このような用途では、フローティング ヘッド エクスチェンジャ アーキテクチャが最適な長期メンテナンス プランを提供する可能性があります。{0}}

シャットダウン中に、フローティングヘッド設計により、次のような洗浄作業のために完全なチューブ束をシェルから取り出すことができます。

ハイドロブラスト処理

薬品を使用した洗浄

機械的フラッシング

目視検査

このアクセシビリティは、固形物の負荷が予測不可能に変化する可能性がある鉱山、廃水、および重鉱物処理システムにおいて特に有益になります。

最終的な汚れは、厳しいスラリー負荷では完全に回避できるというよりも、許容できるものとみなされることがよくあります。

熱伝達と信頼性のバランスをとる
従来の熱交換器の改善は、熱効率と乱流の向上に重点が置かれていることがよくあります。スラリーシステムには独特の考え方が必要です。

定期的に閉塞する積極的な乱流設計は、通常、ピーク熱伝達がわずかに低いものの長期にわたって安定して機能する熱交換器よりもメリットが少なくなります。-

したがって、バッフル間隔 PTFE 交換器のスラリー処理設計を成功させるには、以下のことが優先されます。

開いている油圧チャンネル

安定した固体の輸送

低い浸食リスク

詰まりやすい傾向の減少

シャットダウン時のメンテナンス性

運用上の生存可能性は、熱効率と同じくらい重要になります。

結論は
PTFE シェル-および-チューブ交換器でスラリーを適切に処理するには、固体が停止、沈殿、蓄積する可能性のある領域を減らす、クリーンでオープンなストレートスルーの油圧設計から始まります。-粒子を浮遊状態に保つには十分なシェル側速度を維持する必要がありますが、バッフル間隔が広いと固体の通過が改善され、摩耗が最小限に抑えられ、圧力損失が減少します。

困難なスラリー用途では、バッフルの間隔、バッフルのカット形状、チューブのピッチ、循環流量を慎重に調整することで、詰まりや侵食を回避できます。 PTFE チューブの優れた耐食性と滑らかで非粘着性の表面により、信頼性の高い動作がさらに促進されます。-

重いスラリーのサービスでは、交換器の信頼性は乱流の誘発よりも、固体がシステム内を自由に移動できるようにすることに依存することがよくあります。

場合によっては、最良のバッフルが、次のバッフルから遠く離れたバッフルにすぎないこともあります。