冬に PTFE 熱交換器の凍結や亀裂を防ぐ方法

一晩で突然の寒波に見舞われました。 PTFE熱交換器内で水が凍結した。朝までに管は裂け、殻が膨らんでいました。修正には費用がかかりました。 「単純な排水や小さなヒートトレーサーさえあれば、装置は救われたでしょう。」

凍結が害を及ぼす理由

PTFE は柔軟な素材であるため、凍結による損傷は通常過小評価されます。しかし、水が氷に変わっても、柔軟性を持っていてもリスクは軽減されません。水は凍結すると約 9% 膨張します。このような膨張が熱交換器のチューブやシェルなどの限られた空間で発生すると、かなりの内圧が発生します。

PTFE チューブはこの圧力下で反り、すぐに亀裂が入ることはないかもしれませんが、永久に歪む可能性があります。チューブ-と-のチューブシートの接合部、ガスケット接続、および PTFE が金属と接触する箇所は損傷を受けやすくなります。このような場所は応力が集中しており、凍結が起こると割れたり漏れたりする可能性が高くなります。極端な状況では、氷が膨張して金属ケースが吹き飛ばされる可能性があります。

損傷はすぐには分からない場合があります。小さな亀裂や接合部の緩みは、システムが再起動されて圧力がかかって漏れが現れるまで見つからない場合があります。零下数度では修理に数千円の費用がかかる可能性があります。事前に計画を立てましょう。

リスク状態

凍結は通常、交換器内の流体が停滞し、周囲温度が低い場合に発生します。熱交換が継続的に行われるため、移動する液体は凍結する時間が短くなりますが、静止している水は、特に十分に断熱または保護されていないシステムでは、より急速に熱を失います。

屋外設置、配管の軽い断熱、散発的な運転スケジュールはリスクを高めます。屋内システムが隙間風にさらされたり、極寒の中で周囲の暖かさが十分でない場合には、依然として凍結する可能性があります。

動作中も流れを維持

継続的にサービスを実行しているシステムの場合、最善の保護はシステムを動かし続けることです。すべての流水または水溶液は凍結しません。システムの上流および下流部分と継続的に熱交換を行っています。

通信事業者は、寒波の期間中はシャットダウンを最小限に抑えるよう努めるべきです。シャットダウンが発生した場合、アイドル状態に移行するには、十分な排水またはその他の凍結防止が必要です。特に長時間寒さにさらされている場合は、余熱だけに頼るのは十分ではありません。

駐車時の水抜き

断続的な使用における凍結を防ぐ最善の方法は、完全に水を抜くことです。各使用後、交換器はプロセス側とユーティリティ側の両方で適切に排水される必要があります。

排水はバルブを開けて少し待つだけではありません。すべての低点を排水し、通気口を開けて空気を入れて液体を追い出す必要があります。チューブやヘッダーの通気が適切に行われていない場合、内部に水が溜まる可能性があります。

凍結損傷は残留液体によって引き起こされることがよくあります。少量の水が保持されていると膨張し、局所的なストレスを引き起こす可能性があります。そのため、多くの施設では低圧エアの吹き出しによって排水を補完します。高圧での圧縮空気の使用<2 bar allows the removal of any leftover liquid without risk of PTFE component damage.

「チューブシートの排水には 10 分、交換には数週間かかります。

継続的な保護のためのヒートトレース

ヒートトレースは、特に定期的に排水できないシステムの場合、凍結を防止するための積極的なソリューションです。熱交換器のシェルと関連パイプは、凍結を防ぐために電気または蒸気でヒートトレースできます。

サーモスタット制御システムをお勧めします。これにより、周囲温度がしきい値レベルに達するとトレースが自動的に続行され、不必要なエネルギーを浪費することなく信頼性の高い保護が提供されます。

ホットスポットが発生しないようにヒートトレースを必ず取り付けてください。 PTFE は温度によって制限され、不均一な加熱により熱応力が発生する可能性があります。適切に設計され設置されたシステムは、熱交換器の表面全体に熱を均一に分散させます。

閉鎖系における不凍液

閉ループユーティリティシステムでは、グリコールなどの不凍液を添加するのが一般的です。流体の凝固点を下げると、氷が形成される可能性が大幅に減少します。

不凍液の効果は濃度によって異なります。定期的な検査を行って、混合物が予測される最低温度の必要な範囲内にあることを確認する必要があります。希釈が多すぎるとシールドが弱くなり、濃度が高すぎると熱伝達性能が損なわれる可能性があります。

また、システム材料との互換性もチェックする必要があります。 PTFE は耐久性に優れていますが、不凍液の場合はシールやポンプを考慮する必要があります。

サポート策：断熱

凍結防止をサポートするために断熱材が使用されています。断熱材は熱損失も低減し、流体の温度をより長く維持するのに役立ちます。しかし、氷点下環境に長期間さらされる場合、断熱材だけでは十分ではありません。

効果的な断熱は、流れの維持、ヒートトレース、不凍液などの 1 つ以上の積極的な手段によって補う必要があります。それ自体は解決策ではありませんが、より大きな戦略の一部として見なされるべきです。

オペレーターの意識と季節の準備

そして、凍結防止は冬が来る前に始まります。施設は、最初の霜が降りると予想される日を特定し、最初の霜が降りると予想される日より前に防寒活動を実施する必要があります。これには、断熱材の検査、ヒートトレースシステムのテスト、ドレンが適切に動作しているかどうかのチェック、および必要に応じて不凍液の供給が行われます。

オペレーターの認識も同様に重要です。担当者は凍結の危険性を認識し、常に手順を遵守する必要があります。排水バルブと通気口を明確に識別することで、排水が不完全になる可能性を制限できます。

簡単な冬の起動ルーチンは、準備が整っていることを確認するのに役立ちます。熱交換器を動作に戻す前に、オペレータはすべての排水管を閉じ、氷が残っているかどうかを確認し、急激な温度変化による熱衝撃を防ぐために液体をゆっくりと注入する必要があります。

安全な解凍方法

凍結が発生した場合は、反応を管理する必要があります。トーチや裸火で直接加熱することは固く禁じられています。 PTFE は局所的な高温で溶けたり崩壊したりする可能性があり、さらなる害を引き起こす可能性があります。

代わりに、周囲加熱による制御された加温、温風の循環、または正しく計画されたヒートトレースを使用して、交換器を徐々に解凍する必要があります。

多額の費用がかかる冬の故障

寒冷地では、凍結からの保護は季節限定ですが、PTFE 熱交換器の重要な動作特性です。材料接触を伴う拘束された形状での凍結と、凍結時の水の膨張の組み合わせは危険です。

シンプルで定期的な実践により、-流れを維持し、使用していないときは排水し、必要に応じてヒート トレースと不凍液を使用する-ことで、適切な保護が得られます。これらの安全策は、凍結による損傷を受けた機器の修理にかかるコストと中断に比べれば、ほとんど時間と労力を要しません。{3}}

排水、ヒートトレース、不凍液などの簡単な修正で、冬の壊滅的な故障を回避できます。適切な計画と日々のケアがあれば、PTFE 熱交換器は極寒の環境でも確実に動作します。