Comment choisir l'espacement optimal des déflecteurs pour une coque en PTFE-et-des boues de manutention d'échangeur à tubes ?

Une boue minérale contenant du sable fin et abrasif peut rapidement combler les minuscules crevasses entre les chicanes étroitement espacées dans un échangeur à calandre-et-à tubes, obstruant ainsi les voies d'écoulement et récurant les surfaces des tubes. En service à lisier, l'échangeur doit résister au mouvement continu des matières en suspension qui tentent continuellement de se déposer, de combler, de s'éroder ou de s'agréger à l'intérieur de la coque en plus de transférer de la chaleur.

Concevoir le système de déflecteurs pour une utilisation avec du lisier devient un exercice d'équilibrage hydraulique. L'échangeur doit maintenir les particules en mouvement suffisamment rapidement pour rester en suspension tout en évitant les turbulences excessives, le colmatage et l'usure abrasive.

La création de canaux d'écoulement ouverts et à faible-restriction qui assurent un transport stable des solides sans compromettre les performances thermiques est l'objectif principal de la conception de la gestion des boues des échangeurs en PTFE à espacement approprié des chicanes.

Pourquoi l'espacement des déflecteurs est important dans le service du lisier
Des déflecteurs guident le fluide côté coque-à travers le faisceau de tubes dans un échangeur-et-de tubes pour améliorer le transfert de chaleur et fournir un support mécanique aux tubes.

Dans le domaine des liquides propres, des déflecteurs rapprochés sont souvent souhaitables car ils augmentent la turbulence et l'efficacité du transfert de chaleur. Les boues ont des comportements bien distincts.

Les particules solides ne suivent pas correctement les lignes fluides. Au lieu de cela, ils :

Dérive vers des régions à faible-vitesse

Accumuler dans les zones mortes

Éroder les surfaces à grande-vitesse

Pont traversant des tunnels étroits

S'installer lorsque les turbulences s'affaiblissent

La boue est obligée de changer constamment de direction à travers des fenêtres d'écoulement étroites lorsque les chicanes sont placées trop près les unes des autres. Les particules abrasives entrent en contact avec les bords du déflecteur, recirculent dans des poches stagnantes et développent progressivement des dépôts qui restreignent encore davantage l'écoulement.

Le résultat pourrait être :

Une augmentation de la chute de pression

Mauvaise répartition du flux

Érosion des tubes

Emballage robuste

Bouchage progressif

Diminution de l'efficacité de la transmission de chaleur

La pureté hydraulique prend souvent le pas sur l'augmentation des turbulences dans les applications de boues.

Pourquoi il est courant de préférer un espacement plus large des déflecteurs
Un large espacement des chicanes génère des canaux d'écoulement plus grands et plus droits à travers la coque de l'échangeur.

La conception permet aux particules de s'écouler à travers le faisceau avec moins de changements de direction et moins de restrictions, au lieu de faire glisser la boue de manière répétée à travers des sections d'écoulement transversal resserrées.

Plusieurs avantages opérationnels émergent d’un espacement plus grand.

Chute de pression réduite
La résistance hydraulique totale côté coque est diminuée avec moins de chicanes. Cela réduit la demande de pompage et minimise la probabilité de zones isolées d'érosion à haute vitesse.

Passage amélioré des solides
Des couloirs d'écoulement plus grands permettent aux particules grossières et aux agglomérats de se déplacer plus librement à travers l'échangeur.

Cela devient particulièrement important dans :

Boues minérales

Liquides cristallisants

Systèmes de traitement des déchets

Suspensions d'oxydes abrasifs

Flux de processus contenant du métal

Usure abrasive réduite
Les changements de direction réduits réduisent l'impact des particules contre les surfaces des tubes et les bords des déflecteurs.

Au lieu de heurter agressivement de nombreux obstacles, la conception encourage le lisier à se déplacer rapidement et silencieusement.

Le compromis- : réduction de la vitesse latérale de la coque-
Bien que l'espacement accru des déflecteurs améliore le transit des solides, il réduit également la turbulence et la vitesse côté coque.

La sédimentation des particules devient alors un risque concurrent.

Si la vitesse de la boue chute trop bas, les particules commencent à se séparer du fluide porteur et à s'accumuler à l'intérieur de la coque de l'échangeur. La sédimentation se développe souvent dans des endroits à faible débit-le long de la paroi de la coque ou sous les rangées de tubes.

Le maintien de la suspension de particules dans la majorité des boues minérales nécessite généralement une vitesse minimale du fluide de 1,5 à 2 m/s.

En dessous de cette plage, le risque de sédimentation augmente considérablement en fonction de la taille et de la densité des particules.

La conception de l'échangeur doit par conséquent maintenir une vitesse latérale adéquate-côté coque pour maintenir les solides en mouvement constant.

Maintenir la suspension avec un débit accru
Une méthode populaire consiste à augmenter le flux de circulation côté coque.

Lorsqu'un espacement plus large des déflecteurs affecte la vitesse locale, le débit total de la boue peut être augmenté pour compenser. Dans de nombreux systèmes industriels, une pompe de recirculation dédiée est prévue notamment pour maintenir la vitesse de la suspension à travers l'échangeur.

Cette stratégie présente de nombreux avantages :

Transport de solides amélioré

Zones mortes réduites

Performances thermiques plus fiables

Risque réduit d’accumulation de sédiments

La méthode réussit à séparer le besoin de suspension de solides du devoir thermique.

L'échangeur maintient le mouvement des particules grâce à une vitesse d'écoulement en vrac régulée au lieu de dépendre uniquement d'un espacement serré des déflecteurs pour créer des turbulences.

Importance de la géométrie des déflecteurs
Les performances du lisier ne sont pas uniquement déterminées par l’espacement des déflecteurs. La coupe du déflecteur est tout aussi cruciale, c'est-à-dire la section de fenêtre ouverte qui permet le passage du flux côté coque-.

En service avec du lisier, la coupe du déflecteur est généralement élargie pour fournir :

De plus grandes régions pour le passage des particules

Diminution du risque de blocage

Moins de turbulences localisées

Meilleure dispersion des solides

Les changements de direction brusques sont minimisés autant que possible.

Les grandes fenêtres dégagées aident à empêcher les solides de s’accumuler derrière les bords du déflecteur ou de passer entre les rangées de tubes.

Les poches statiques dans lesquelles les particules peuvent s'arrêter suffisamment longtemps pour se déposer sont évitées grâce à un échangeur de lisier-bien conçu.

Le pas et la disposition du tube influencent également le branchement
Le mouvement du lisier est fortement influencé par la disposition des tubes à l’intérieur de la coque.

Les particules peuvent se relier entre les tubes voisins et éventuellement former des dépôts compactés si l'espacement des tubes devient trop rapproché.

Le transport des solides est influencé par un certain nombre de décisions de conception :

Paramètre de conception de l'effet de boue
Pas de tube plus large Réduit le pontage des solides
Disposition des tubes triangulaires Turbulences plus élevées mais voies d'écoulement plus serrées
Conception de tube carré-Plus de canaux de flux ouvert
Dégagements de coque plus importantsPassage plus facile des particules
Dans les échangeurs de-traitement de lisier, les configurations à pas carré-sont fréquemment choisies car elles génèrent des couloirs d'écoulement plus droits et moins restrictifs.

La combinaison du pas du tube, de la disposition et de la géométrie du déflecteur décide en fin de compte si les solides restent mobiles ou commencent à se collecter.

Avantages des tubes PTFE dans le service de lisier
Les tubes PTFE offrent divers avantages pratiques dans les échangeurs de manutention de lisier-.

Antiadhésif-Surface lisse
La surface du polymère fluoré empêche l'adhérence de divers solides et précipités. Les dépôts persistants sont moins susceptibles de se former lorsque les particules entrent en contact avec les tubes.

Résistance à la corrosion
En plus des grains abrasifs, de nombreuses boues contiennent également des composés corrosifs. Le PTFE résiste simultanément à une variété d’acides, de sels et de substances oxydantes.

Tendance à la mise à l’échelle réduite
La faible énergie de surface du PTFE aide à prévenir l'accumulation de sels cristallisés et de tartre minéral.

Par rapport à de nombreux matériaux de tubes métalliques, ces caractéristiques améliorent la nettoyabilité à long terme.

Conceptions de têtes flottantes pour utilisations sévères de lisier
Même avec une conception hydraulique soignée, une accumulation lente peut toujours se produire dans des conditions extrêmes de boue.

Pour ces applications, une architecture d'échangeur à tête flottante peut fournir le plan de maintenance optimal à long terme.

Pendant l'arrêt, une conception à tête flottante permet d'extraire le faisceau de tubes complet de la coque pour des opérations de nettoyage telles que :

Hydroblastage

Nettoyage à l'aide de produits chimiques

Rinçage mécanique

Inspection visuelle

Cette accessibilité devient particulièrement bénéfique dans les systèmes d'exploitation minière, de traitement des eaux usées et de traitement des minéraux lourds, où la charge de solides peut varier de manière imprévisible.

L'encrassement éventuel est souvent considéré comme tolérable plutôt que complètement évitable dans le cas de conditions sévères liées aux boues.

Équilibrer le transfert de chaleur et la fiabilité
L'amélioration des échangeurs conventionnels se concentre souvent sur l'augmentation de l'efficacité thermique et de la turbulence. Un état d’esprit distinct est nécessaire pour les systèmes à lisier.

Une conception agressivement turbulente qui se bouche régulièrement est généralement moins avantageuse qu'un échangeur avec un transfert de chaleur de pointe légèrement inférieur mais un fonctionnement stable à long terme.

Par conséquent, les éléments suivants sont prioritaires dans une conception réussie de gestion des boues d’échangeur en PTFE à espacement des chicanes :

Canaux hydrauliques ouverts

Transport de solides stables

Faible risque d’érosion

diminution de la propension à se brancher

Maintenabilité à l'arrêt

La capacité de survie opérationnelle devient tout aussi vitale que l’efficacité thermique.

En conclusion
Une manipulation réussie des boues dans un échangeur à coque-et-tubes en PTFE commence par une conception hydraulique propre, ouverte et directe-qui réduit les zones où les solides peuvent s'arrêter, se déposer ou s'accumuler. Même s'il faut maintenir une vitesse latérale suffisante pour maintenir les particules en suspension, un espacement plus large des déflecteurs améliore le transit des solides, minimise l'usure abrasive et réduit la chute de pression.

Dans les applications difficiles de boues, le colmatage et l'érosion peuvent être évités en coordonnant soigneusement l'espacement des déflecteurs, la forme de la coupe des déflecteurs, le pas des tubes et le débit de circulation. La résistance exceptionnelle à la corrosion des tubes en PTFE et leur surface lisse et antiadhésive favorisent un fonctionnement fiable.

Dans le cas de boues lourdes, la fiabilité de l'échangeur repose souvent moins sur l'induction de turbulences que sur la possibilité de permettre aux solides de migrer librement à travers le système.

Parfois, le meilleur déflecteur est celui qui est très éloigné du suivant.