二重腐食の問題
化学処理施設では、プレート{0}}および-熱交換器を操作して、冷却塔の水で熱い混合酸の流れを冷却します。ステンレス鋼板は酸性側で腐食します。冷却水側のスケールが大きくなります。交換器は頻繁にプレートの交換と清掃が必要です。メンテナンス費用が嵩みます。生産の中断は倍増します。
この施設では、プレート-と-のユニットをシェル{2}}と-の設計に置き換えることを検討しています。課題は、熱交換器の両側に攻撃的な媒体が運ばれることです。チューブ側は高温の混合酸を扱い、シェル側は塩化物や溶解固体を運ぶ可能性のある冷却水を扱います。金属シェル-と-チューブ交換器は、腐食の問題をプレートからチューブとシェルに移すだけです。
完全 PTFE シェル-および-チューブ熱交換器により、両面の腐食が同時に除去されます。チューブ、チューブシート、およびシェルライニングは、両方のプロセスストリームに対して化学的に不活性です。プレート-と-フレームから PTFE シェル-と- チューブへの移行には、利用可能なスペースと接続の制約内で熱性能を一致させる体系的なエンジニアリングが必要です。
パフォーマンスの翻訳
プレート-および-フレーム交換器は、薄いプレートと比較的低速の乱流を通じて高い熱伝達率を実現します。酸性水の使用におけるステンレス鋼板熱交換器の全体的な熱伝達係数は、2,000～4,000 W/m²・K です。-
PTFE シェル-および-チューブ交換器は、フッ素ポリマーの壁の抵抗により、低い全体係数-で通常 200-350 W/m²・K-で動作します。同じ熱負荷を達成するには、より多くの表面積が必要です。プレート-と-フレームから PTFE シェル-とチューブへの変換は、利用可能な設置スペースの制約を受ける表面積の拡大作業です。
設計プロセスは、銘板の定格ではなく、既存の熱交換器の実際の熱負荷から始まります。{0}これには安全係数が含まれる場合があります。入口と出口の温度と両側の流量のプロセスデータログにより、真に必要な負荷が確立されます。 PTFE 熱交換器は、汚れた金属プレートと比較して改善された耐汚れ性を考慮して、控えめな U- 値を使用してこの用途に合わせてサイズ設定されています。
表 1: プレート-および-フレームから PTFE シェル-および-チューブへの変換パラメータ
| 変換パラメータ | プレート-と-フレーム（既存） | PTFE シェル-と-チューブ（交換用） |
|---|---|---|
| 全体的な U- 値（W/m²・K） | 2,500 (クリーン)、1,200 (通常の汚れ) | 280 (安定、汚れなし) |
| 同一業務に必要な面積 | ベースライン (1.0×) | 4-5× (U 値比に基づく) |
| チューブ-側の材質 | ステンレス鋼（腐食） | PTFE（不活性） |
| シェル-側の素材 | ステンレス鋼（スケール） | PTFE-ライニングまたはソリッド PTFE（不活性） |
| ガスケット材質 | EPDM またはバイトン (化学的攻撃) | PTFE (普遍的不活性) |
| メンテナンスの頻度 | プレートの洗浄/交換は 6 ～ 12 か月ごと | 年次目視検査 |
| 寿命 | 2～5年（プレート破損） | 10+年 |
| 設置面積 | コンパクト | 大型化（予備の交換器を排除することで補います） |
スペース割り当て戦略
PTFE シェル-と-チューブ交換器は、同じ作業を行うために、きれいなプレート-とフレーム ユニットの 4-5 倍の表面積を必要とします。混雑した化学プラントでは、この追加の設置面積を既存の場所で利用できない場合があります。
スペースの制約に対処する戦略がいくつかあります。シェル-とチューブ交換器-は、床面積ではなく高さを使用して垂直方向に配置できます。複数の小さなシェルを並列に配置することで、利用可能な設置面積内に収まりながら、必要な面積を実現します。熱交換器をよりスペースのある場所に移設し、配管で接続することができます。
PTFE の耐用年数が 10+ 年であるため{0}不必要な予備交換器を排除することで、大幅な床面積が解放されます。{2}プレート-と-の設置には通常、プレートの故障時に迅速に交換できるように予備ユニットが含まれています。 PTFE の信頼性により、この要件は不要になります。
接続の遷移
既存のプレート-および-フレーム交換器には、2 つの流体の流れに合わせて特定のノズルの位置とサイズがあります。交換用のシェル-と-チューブ交換器は、大幅な変更を加えずに既存の配管に接続する必要があります。
PTFE 交換器の設計では、既存の配管に合わせてノズルの位置、サイズ、フランジ定格が指定されています。ノズルの再配置が避けられない場合、配管の変更は移行プロジェクトの一部として設計されます。 PTFE 交換器は金属同等のものと比較して軽量であるため、新しいノズル位置でのサポートと基礎の要件が簡素化されます。
まとめ
プレート-と-フレームから完全な PTFE シェル-と-熱交換器に移行することで、両方の流体の流れが激しい場合の二重腐食の問題が解決されます。平行移動には、低い熱伝導率を補うために 4 ～ 5 倍の表面積が必要ですが、これは配向、平行シェル、または再配置によって対応されます。
腐食によるメンテナンス、プレートの交換、予備の交換器の保管が不要になるため、耐用年数が延びるまでのスペースとコストのペナルティが回収されます。{0}}プロセス側とサービス側の両方が、PTFE の普遍的な耐食性を通じて化学的不活性を実現します。
プレート-および-フレームから PTFE シェル-および-への変換に関するエンジニアリング分析は、既存の熱交換器の仕様、プロセスおよびサービス流体の組成、動作温度と圧力、熱負荷データ、利用可能な設置スペースを提出すると利用できます。
