PTFE 熱交換器の冷間始動時のスチーム ハンマーの原因と設置方法を修正するにはどうすればよいですか?

コールドスタートアップハンマー

月曜日の朝、午前6時。週末に-停止した PTFE 熱交換器は、-チューブ、ヘッダー、凝縮水配管がすべて周囲温度に保たれています。蒸気供給バルブが開きます。数秒以内に、一連の大きな衝撃音が配管に響き渡ります。交換機全体が震える。オペレーターたちは顔をしかめる。システムが暖まると 2-3 分後にノイズは収まりますが、冷間始動のたびに、フィッティング部分の疲労、接続の緩み、チューブ壁の微小亀裂などの損傷-が蓄積します。-

蒸気システムの設計と起動手順が低温 PTFE 熱交換器の固有の条件を考慮していないため、このシナリオは何百もの施設で繰り返されます。ハンマーは PTFE に固有の特性ではありません。これは、インストールまたは操作手順における修正可能な欠陥です。

凝縮水プールのメカニズム

PTFE 熱交換器が停止して冷えると、チューブ内の蒸気が完全に凝縮します。凝縮水は、チューブ束の最下部セクションと凝縮水ヘッダーに溜まります。シャットダウン後もしばらく凝縮液を沸騰近くに保つのに十分な熱を保持する金属熱交換器とは異なり、PTFE の熱質量が低いため、チューブは急速に冷却されます。凝縮水は 1 時間以内に周囲温度に達します。

蒸気が冷却交換器に流入すると、蒸気はこの冷却凝縮水のプールに遭遇します。蒸気は冷たい液体と接触すると激しく凝縮し、局所的な真空を作り出します。周囲の凝縮水が真空を埋めるために勢いよく流れ込み、管壁に衝突して特徴的なハンマーショックを引き起こします。これは蒸気-によって引き起こされるウォーターハンマーであり、定常運転中に発生する二相流ハンマーとは異なります。-

ハンマーは、溜まった凝縮水が飽和温度近くまで加熱されるか、蒸気の流れによってチューブから物理的に除去されるまで持続します。ハンマー周期の長さは、溜まった凝縮水の量と蒸気の流入速度によって異なります。

正しいインストール方法

停止中に完全に凝縮水を排出することは、低温始動ハンマーに対する主な防御策です。 PTFE チューブ束は、凝縮水ヘッダーに向かって少なくとも 1:100 (チューブの長さ 1 メートルあたり 1 cm) の連続した下向きの傾斜で設置する必要があります。凝縮水ヘッダー自体は、スチーム トラップに向かって傾斜している必要があります。排水経路のどの部分にも、低い箇所、たるみ、またはポケットは許容されません。

凝縮水システムの最下点にある手動または自動のドレンバルブにより、シャットダウン後にチューブを完全に排出できます。ドレンバルブはシャットダウン手順の一部として開き、蒸気が再び入るまで開いたままにしておく必要があります。自動システムの場合、温度が設定値を下回るとサーモスタットドレンバルブが開き、オペレーターの介入なしに凝縮水を排出します。

サーモスタット式エアベントを備えたスチームトラップが、低温時の排水経路を提供します。標準のフロート-および-サーモスタット トラップには、低温時に開くサーモスタット エレメントが含まれており、始動中に凝縮水と空気が自由に通過できます。温度が上昇するとエレメントが閉じ、通常のトラップ動作に戻ります。

制御されたウォームアップ手順-

適切な排水を行ったとしても、最初の蒸気の流入中にいくらかの凝縮水が形成されます。制御されたウォームアップ手順により、この凝縮水の生成速度が制限され、ハンマーの発生が防止されます。-

蒸気供給バルブは、最初に少量の蒸気が流れるように、ゆっくりと開いてください。{0}}主蒸気バルブの周囲に小さな（15-20mm）バイパスバルブを設置する方法が推奨されます。バイパスにより、制御された低流量の蒸気が熱交換器を徐々に温めることができます。オペレータはバイパスを開き、凝縮水配管が触って温かく感じるまで待ちます。これは、配管が凝縮温度を超えていることを示します。その後、主蒸気バルブを開きます。

ウォームアップ時間には、通常、小型熱交換器の場合は 3～5 分、大型熱交換器の場合は 10～15 分かかります。-時間は、主蒸気バルブと連動する凝縮水出口の温度センサーで自動化でき、凝縮水温度が設定値に達するまでバルブが開かないようにすることができます。

長期的なメリット-

低温始動ハンマーを排除することで、PTFE 熱交換器と接続された蒸気システムコンポーネントの寿命が延びます。ウォーターハンマーの繰り返しの衝撃により、圧縮フィッティングが疲労し、ヘッダー接続が緩み、最終的には応力集中点でチューブ壁の亀裂が発生する可能性があります。スチームトラップと制御バルブは衝撃波にさらされるため、より頻繁なメンテナンスが必要になります。

適切な排水勾配、排水バルブ、ウォームアップ バイパスへの投資は、メンテナンスの削減と機器の寿命の延長によって回収されます。{0}月曜日の朝の特有の衝撃がなくなることは、オペレーターにとってはありがたいことです。

まとめ

PTFE 熱交換器の低温始動時のスチーム ハンマーは、溜まった低温凝縮水内で蒸気が激しく凝縮することによって発生します。この修正には、適切なチューブの勾配とドレンバルブによる停止後の完全な凝縮水の排出の確保、低温排水機能を備えたスチームトラップの設置、小型バイパスバルブを使用した制御された暖機手順の実装が含まれます。-これらの対策により、ハンマーを排除し、機器を保護し、蒸気システム全体の耐用年数を延ばします。

PTFE 熱交換器蒸気システムの設計と起動手順の開発に対するエンジニアリング サポートは、現在の配管構成、蒸気圧力、停止頻度、観察されたハンマー事故を提出すると利用できます。