バイパス漏れは外部環境への漏れではなく、チューブ束を横切るのではなく、チューブ束の周りを流れる内部ショートカット{0}}シェル-側の流体です。この内部バイパスは熱伝達表面積を浪費し、熱交換器の効率を低下させますが、外部からは見えません。原因と経路を理解するバイパス漏れ PTFE 熱交換器問題を解決することは、パフォーマンス損失を診断し、効果的な修復を計画するために不可欠です。このガイドでは、一般的な漏れ経路、その原因、および熱性能を回復するための是正措置について説明します。
バイパス漏れとは何ですか?なぜ重要ですか?
シェル-アンド-チューブ熱交換器では、シェル-側の流体はバッフルに導かれてチューブ束を横切って流れるように設計されています。バイパス漏れは、流体の一部がより短く、より低い抵抗の経路を通ることでチューブとの接触を回避するときに発生します。-流体は温度変化をほとんどまたはまったく変化させずに熱交換器を出るため、全体的な熱伝達率が低下します。
PTFE 熱交換器の場合、すでに金属ユニットよりも熱伝導率が低いため、バイパス漏れは特に有害です。バイパス流量が 20% の場合、バイパスされた流体は熱交換に参加しないため、有効熱伝達係数が 25 ～ 35% 低下する可能性があります。問題は内部的なものであり、外部の目視検査や圧力試験では検出できません。-熱性能の監視や内部検査によってのみ検出できます。
PTFE 熱交換器の一次バイパス漏れ経路
3 つの異なる経路により、シェル側の流体がチューブ束をバイパスできます。{0}
1. バンドル-から-シェルのクリアランス（環状バイパス）
最外管と殻の内壁との間には常に隙間が存在します。この環状空間は、管束を挿入および除去できるようにするために必要である。適切に設計された熱交換器では、流れを遮断するためにシール ストリップ (バイパス シールとも呼ばれる) またはダミー チューブがこのギャップに取り付けられます。-シール ストリップは通常、バッフルに取り付けられた平らな金属棒または PTFE- を充填したストリップで、外側に伸びてシェル壁に接触します。
シール ストリップが欠落しているか、磨耗しているか、壊れている場合、シェル側の流体はチューブ束を横切ることなく環状の隙間を自由に流れます。{0}}これは最も重要なバイパス パスです。
2. バッフル-と-シェルのクリアランス
バッフルはシェル内に完全にフィットしません。組み立てと熱膨張を考慮して、小さな隙間 (通常 1 ～ 3 mm) が存在します。各バッフルの端の周囲、特にバッフルのカットがある上部と下部で流体が漏れる可能性があります。新しい熱交換器では、この漏れはわずかです (総流量の 2 ～ 5%)。ただし、バッフルが損傷した場合、-曲がったり、腐食したり、侵食されたり-すると、クリアランスが増加し、バイパス流量が大幅に増加します。
PTFE 熱交換器バッフルへの損傷は、ウォーター ハンマー（スチーム ハンマー）、シェル側の流体に含まれる異物、金属製バッフル コンポーネントの腐食によって発生する可能性があります（PTFE チューブ自体は腐食しませんが、金属製バッフルやサポート プレートは腐食する可能性があります）。{0}}
3. チューブ-とバッフル間のクリアランス
各 PTFE チューブは各バッフルの穴を通過します。フレキシブル PTFE チューブが動き、熱膨張時の結合を防ぐには、0.2 ～ 0.5 mm のクリアランスが必要です。流体は、これらの小さな環状の隙間から漏れる可能性があります。ほとんどの設計では、チューブ-から-への漏れの寄与は比較的小さいです（通常、<5% of total bypass) because the pressure drop across each baffle drives flow through the many tube holes, but the cumulative effect can be noticeable in exchangers with many baffles and low-viscosity fluids.
PTFE熱交換器のバイパス漏れの原因
内部検査では、多くの場合、次の 1 つ以上の状態が明らかになります。
シールストリップが紛失または摩耗している
シール ストリップは、ネジ、クリップ、または溶接によってバッフルに取り付けられます。時間が経つと、ネジが緩んだり、クリップが破損したり、ストリップ自体が腐食したり浸食したりする可能性があります。一部の現場で修理されたバンドルでは、チューブを再取り付けした後にシール ストリップが再取り付けされていない場合があります。-一般的な発見は、シール ストリップが少数のバッフルにのみ存在するか、まったく存在しないことです。
損傷したバッフル
バッフルは次のような原因で損傷する可能性があります。
スチームハンマー– 衝撃波が繰り返されると、特にチューブの穴の近くで金属バッフルが曲がったり、亀裂が入ったりする可能性があります。
腐食– 腐食環境下で使用されるスチール製バッフルは (PTFE チューブを使用した場合でも) 薄くなり、形状が崩れる可能性があります。
機械的衝撃– バンドルの挿入または取り外しの際、適切に位置合わせされていないとバッフルが曲がる可能性があります。
曲がったバッフルはシェルにぴったりとフィットしなくなり、大きな隙間が生じます。ひび割れたバッフルには、流れを可能にする部分が欠けている可能性があります。
オリジナルデザインによる特大のシェルクリアランス
一部の低コスト PTFE 熱交換器は、製造を簡素化するために、バンドルとシェルの間の隙間が過剰に大きく設計されています。- 10 mm 以上の隙間が存在する場合があり、シール ストリップが省略されているか、サイズが小さくなっています。このような場合、バイパス漏れは設計に固有のものであり、大きな変更を加えなければ完全に修正することはできません。
交換器を開けずにバイパス漏れを診断する
次の場合、バイパス漏れが疑われます。
測定された熱伝達率 (入口/出口の温度と流量から計算) は、チューブが清潔で外部漏れがないにもかかわらず、設計値より大幅に低くなります。
シェル側の圧力損失は、同じ流量における過去の値よりも低くなります。{0}}圧力降下の減少は、流体がより低い抵抗経路（バイパス）を通っていることを示します。-
シェル-側の流体の温度変化（ΔT）は予想よりも小さいですが、チューブ-側の出口温度も目標から外れています。
まず、汚れ、閉じ込められた非凝縮性物質、流量の低下など、性能低下の他の原因を排除することが重要です。-これらが解消された場合、バイパス漏れが原因である可能性があります。
バイパス漏れの対処法
適切な修理はチューブ束の重症度とアクセスのしやすさによって異なります。
1. シールストリップの交換 (最も一般的な修理)
取り外し可能なチューブ束を備えた熱交換器の場合、計画停止中にシール ストリップを取り付けたり交換したりできます。手順:
シェルカバーが取り外され、チューブ束が引き抜かれます。
バッフルが検査されます。既存のシールストリップの溝から破片や腐食を取り除きます。
新しいシール ストリップ（通常は PTFE- 含浸生地、金属スプリング ストリップ、または固体 PTFE バー）を適切な長さに切断し、各バッフルの溝に挿入します。ストリップは外側に伸びて、わずかな締りばめ (0.2 ～ 0.5 mm の圧縮) でシェルの内壁に接触する必要があります。
ストリップは、ネジまたはバッフルの端にピーニングを施すことによって固定されます (金属ストリップの場合)。一部の設計では、バッフルに対するシェルの圧力によってストリップが保持されます。
バンドルが再インストールされ、エクスチェンジャがテストされます。
バッフル自体が損傷していなければ、この修理により通常、失われたパフォーマンスの 90 ～ 100% が回復します。
2. バッフルの修理または交換
バッフルが曲がったり、ひび割れたり、腐食した場合、シールストリップだけではバイパスを修復できません。損傷したバッフルは修理または交換する必要があります。 PTFE 熱交換器の場合、バッフルは通常金属 (ステンレス鋼または炭素鋼) であり、次のようなものが考えられます。
まっすぐになった– 小さな曲がりは油圧プレスで平らにプレスできます。
溶接– 亀裂は溶接され、滑らかに研磨されます。バッフルを変形させないように注意してください。
交換されました– ひどく損傷したバッフルを束から切り取り、新しいバッフルを PTFE チューブにねじ込みます。これは労力を要する操作であり、完全な再チューブ中に実行されることがよくあります。-
バッフルの修理後、新しいシールストリップが取り付けられます。
3. シェル-サイドフローの調整（一時的な緩和）
すぐに分解できない状況では、操作調整によりバイパス漏れを部分的に補うことができます。シェル-側の流量を増やすと、チューブ束とバイパスギャップの両方を通過する速度が増加します。圧力降下は速度の二乗に応じて増加するため、流量が高くなると、実際にチューブを通過する流体の割合が向上する可能性があります。ただし、これでは根本原因は解決されず、ポンピングエネルギーが増加します。あくまで一時的な措置とみなされます。
4. 深刻なクリアランス問題に対応する再設計
本質的にシェルクリアランスが大きすぎる熱交換器（元の設計が不十分）では、より厚いシールストリップを取り付けたり、環状スペースにダミーチューブを取り付けたりすることが試みられる場合があります。ダミー チューブは、最も外側のチューブの穴に配置される短い長さの PTFE チューブですが、流体がチューブシートを通らないようにチューブシートの端でシールされています。それらはスペースを占有し、バイパスをブロックします。この方法では、バッフルとチューブシートに追加の穴を開ける必要があり、通常は専門の修理工場によって行われます。
-断面図の説明（テキスト表現）
次の説明は、典型的な PTFE シェル-および-チューブ熱交換器の横断面で見たバイパス経路を示しています。-:
外側の円はシェルの内壁を表します。
内側では、小さな円の円形配列が PTFE チューブを表しています。
最外側のチューブ円とシェルの内壁との間の隙間は、バンドルとシェルのクリアランス（環状バイパス パス）です。{0}}-適切に設計された熱交換器では、シール ストリップ (バッフルに取り付けられた小さな長方形として示されています) がこの隙間に突き出ており、シェルの壁にほとんど接触しています。
バッフルは、シェルの内部を横切る水平線として示されており、上部と下部に切り欠き (バッフル窓) があります。バッフルの端の周りを流れる流体-バッフルを通って--シェルの隙間-まで流れる流体は、バッフルの先端とシェルの壁の間を通過する矢印として示されています。
個々のチューブとバッフルの間の小さな矢印は、チューブからバッフルへの漏れを表しています。{0}{1}
シールストリップは環状バイパスを遮断します。欠けている場合、大きな矢印は、環状ギャップを通る障害物がないことを示します。
バイパス漏れの防止
バイパス漏れは、設計時と最初の組み立て時に最もよく防止されます。
TEMA クラス R または B 構造を指定する– これらの規格は最大クリアランスを定義し、特定のサイズを超えるシェル直径に対してシール ストリップを必要とします。
二重シールストリップを使用する– バッフルごとに 2 列のシール ストリップが冗長性を提供します。
再チューブ中にシールストリップを検査する– 紛失または損傷したストリップは、再組み立てする前に交換します。
ウォーターハンマーを回避する– 関連ガイドで説明されているように、スチームハンマーはバッフルを損傷し、シールストリップの取り付けを緩めます。
定期的な内部検査 (3 ～ 5 年ごと) には、シール ストリップの気密性とバッフルの状態のチェックが含まれる必要があります。バイパス漏れが早期に疑われる場合は、既知の流量での圧力降下テストをベースライン データと比較できます。
結論
バイパス漏れは設計とメンテナンスの問題であり、PTFE 熱交換器の性能を静かに低下させます。主な経路は、バンドルとシェルのクリアランス (環状バイパス)、およびバッフルとシェルのクリアランスです。--シール ストリップの紛失または摩耗、およびバッフルの損傷が最も一般的な原因です。内部検査によってこれらの問題が明らかになることがよくあります。是正措置には、シール ストリップの交換、損傷したバッフルの修理または交換、および一時的な措置としてシェル側の流れを増やすことが含まれます。-クリアランスの問題が深刻な場合は、ダミーチューブまたは再設計が必要になる場合があります。あバイパス漏れ PTFE 熱交換器この問題により熱伝達が 10 ～ 30% 減少する可能性がありますが、ほとんどの場合は計画停止中に完全に修正可能です。適切なシールストリップを使用した適切な製造と定期的な内部検査により、熱効率が維持され、耐用年数が延長されます。
