PTFE 熱交換器は、通常の生産中に液面が 30% 変動するタンク内で安全に動作できますか?

レベルの変動条件

化学処理タンクは、タンクが 100% 満杯で開始され、溶液が消費または移送されると 70% 満杯で終了するバッチを処理します。液面は 4 時間のサイクルで着実に低下し、その後タンクが補充され、このサイクルが繰り返されます。タンク底部近くに設置された PTFE 熱交換器は、サイクル開始時に完全に浸され、サイクル終了時にはチューブの長さの 30% が蒸気空間に露出されます。

露出したチューブは空気に囲まれながら 143 度の蒸気を運び、液体の代わりに蒸気を処理します。これは部分的な空焚き-火災-であり、壊滅的な出来事による液体の完全な損失ではなく、慢性的で周期的な暴露です。問題は、PTFE 熱交換器が損傷や危険な動作なしにこの状態に耐えられるかどうかです。

気相暴露に対する PTFE 耐性-

PTFE は 260 度までの連続使用温度に耐えます。 3 barg の蒸気は 143 度で飽和します。 143 度の蒸気を運び、空気にさらされた PTFE チューブは、材料の温度制限を大幅に下回ったままになります。チューブ壁は劣化しません。化学変化は起こりません。 PTFE は蒸気にさらされる部分での熱損傷から安全です。-

懸念されるのは PTFE 自体ではなく、サポート システムです。蒸気暴露ゾーンのサポート プレートまたはスペーサーが PVDF (使用限界約 150 度) で製造されている場合、143 度でのサイクルを繰り返すと軟化または変形する可能性があります。{1} 260 度定格の PTFE サポート コンポーネントは影響を受けません。熱交換器は、潜在的な蒸気ゾーン内のすべてのコンポーネントが PVDF やその他の低温ポリマーではなく PTFE で製造されていることを指定する必要があります。-。

タンク貫通部のヘッダー接続が最大液体レベルより上にある場合、ヘッダー接続も蒸気ゾーン内にあります。これらの接続は全体的に PTFE でなければなりません。金属接続を使用する場合は、腐食性のタンク雰囲気にさらされない外部の場所に配置する必要があります。

部分浸漬時の熱伝達

露出したチューブ部分はプロセス流体への熱伝達にほとんど影響を与えません。{0}プロセス流体は液体ではなく空気と蒸気に囲まれています。有効伝熱面は浸漬部分のみです。露出部分の蒸気は流れ続けますが、主に熱が除去される浸漬部分で凝縮します。

液面が下がると有効表面積が減少し、熱交換器の総熱出力が減少します。温度制御システムは、蒸気圧力を高めるか、より低い加熱速度を受け入れることで補償する必要があります。-熱交換器は、チューブの長さの 70% だけが浸水したときに供給される設計熱量を考慮して、最小の浸漬条件に合わせたサイズにする必要があります。

浸漬ゾーンと露出ゾーンの間の移行により、チューブの壁に沿って温度勾配が生じます。液面では、壁の温度は短い距離で約 55 ～ 65 度 (浸漬) から 143 度近く (露出) まで変化します。この勾配により、チューブ壁に熱応力が生じます。 PTFE は、粘弾性緩和を​​通じてこの応力に対応します。サイクルを繰り返してもダメージが蓄積することはありません。

乾式-防火要件

PTFE は部分的な蒸気への曝露を許容しますが、タンク内に液体のない完全な空焚き-蒸気の動作は防止する必要があります。-露出したヘッダーと外部配管接続は、連続乾式運転に対応していない可能性があります。液体レベルが最小設定値（通常は管束の底部から 150 mm 上）を下回ると、低レベル インターロックにより蒸気の供給が遮断されます。これにより、完全な液体損失に対する安全マージンが得られます。

まとめ

PTFE 熱交換器は、蒸気暴露ゾーンのすべてのコンポーネントが PTFE (PVDF ではなく) で製造されており、熱交換器が最小限の浸漬条件に適したサイズであれば、通常の生産中に 30% の液面変動があるタンク内でも安全に動作できます。- PTFE は、空気中の 143 度の蒸気温度に劣化することなく耐えます。湿潤と乾燥を繰り返すことには、化学的または機械的な影響はありません。完全な空焚きを防ぐために、低レベルのインターロックを推奨します。-

可変レベル タンクにおける PTFE 熱交換器仕様のエンジニアリング サポートは、最小および最大液体レベル、蒸気圧力、タンク雰囲気組成、プロセス温度要件を提出すると利用できます。{0}}