Så här förhindrar du att din PTFE-värmeväxlare fryser och spricker på vintern

En osäsongsbunden köldknäck slog till över natten. Vatten i värmeväxlaren (PTFE) frös. Rören delades på morgonen och skalet buktade. Fixningen var dyr. En enkel avtappning eller ett blygsamt värmespår skulle ha räddat utrustningen.

Hur frysskador

PTFE är känt för att vara ett flexibelt material och därför förbises det ofta för frysskador. Men flexibilitet eliminerar inte risken när vatten fryser till is. När vatten fryser expanderar det med cirka 9%. Denna expansion orsakar stora inre tryck i ett begränsat utrymme såsom ett värmeväxlarrör eller skal.

PTFE-rör kan deformeras under detta tryck, och även om de vanligtvis inte spricker omedelbart, kan irreversibel distorsion inträffa. Mer känsliga platser är rör-till-rörplåtkopplingar, packningsförband och var som helst PTFE kommer i kontakt med metall. Dessa områden är där stressen är koncentrerad och mer känslig för sprickor eller läckage efter en frysningshändelse. Under extrema omständigheter kan kraften i växande is till och med få metallskalet att bukta.

Skadan kanske inte är uppenbar direkt. Dessa små sprickor eller försvagade skarvar kanske inte identifieras förrän systemet är påslaget och läckor uppstår under tryck. Några minusgrader kan bli kostsamma vid reparationer – planera i förväg.

Sammanfattning av risktillstånd

Frysning inträffar ofta när vätskan i värmeväxlaren är stationär och låga omgivningstemperaturer är närvarande. Flytande vätska har mindre tid att frysa eftersom värme utbyts ofta, men ändå tappar vattnet snabbt värme, särskilt i oisolerade eller dåligt skyddade system.

Det är mer sårbart på grund av utomhusinstallationer, otillräckligt isolerade rörledningar och sporadiska driftscheman. Inomhussystem kan också frysa om det finns drag eller otillräcklig omgivningsvärme under svåra förhållanden.

Flöde under drift

For systems that are in continuous service the best protection is to keep the fluid in motion. Water or aqueous solution flowing will not freeze because it is constantly exchanging heat with the parts of the system ahead of it and behind it.

Operatörer bör minimera onödiga avstängningar i kallt väder. Om avstängning är oundviklig ska lämplig dränering eller andra frysförebyggande åtgärder inkluderas i övergången till viloläge. Det räcker inte med att bara lita på restvärme, speciellt inte när du är ute i kylan en längre tid.

Töm när den inte används

Full dränering är det enda säkra skyddet mot frysning vid periodvis användning. Värmeväxlaren måste tömmas helt på process- och brukssidan efter varje användning.

Det handlar inte bara om att öppna en ventil och vänta en kort stund. Alla låga punkter måste rengöras och ventilerna öppnas för att släppa in luft och trycka ut vätskan. Om det inte finns tillräckligt med ventilation kan vatten fastna i fickor i rör eller samlingsrör.

Ofta orsakas frysskador av kvarvarande vätskor. Även små mängder kvarhållet vatten kan expandera och orsaka lokal spänning. Av denna anledning inkluderar många anläggningar ett låg-lufttryck-ut till dränering. Överbliven vätska kan elimineras med hjälp av tryckluft vid tryck under 2 bar utan risk för skador på PTFE-komponenter.

Det tar tio minuter att tömma men veckor att byta ut en tubplåt.

Värmespårning för kontinuerligt skydd

Värmespårning är ett aktivt tillvägagångssätt för att förhindra frysning, särskilt för system som inte kan tömmas regelbundet. Elektrisk värmespårning eller ångspårning kan appliceras på växlarens skal och rörsystem för att hålla temperaturer över fryspunkten.

Ett termostatstyrt system rekommenderas. Detta är så att spårämnet automatiskt slås på när omgivningstemperaturen blir nära kritisk, vilket ger skydd hela tiden utan att slösa energi när den inte behövs.

Noggrann värmespårning bör appliceras för att undvika varma fläckar. PTFE begränsas av temperatur och ojämn uppvärmning kan orsaka termisk stress. Bra design och installation gör att värme sprids jämnt över värmeväxlarens yta.

Frostskyddsmedel i slutna system

Att lägga till frostskyddsmedel som glykol är en realistisk lösning för slutna-system. Utvecklingen av is minskar kraftigt genom att vätskans fryspunkt sänks.

Effektiviteten hos ett frostskyddsmedel är beroende av dess koncentration. Regelbundna kontroller bör göras för att säkerställa att blandningen ligger inom lämpligt område för de förväntade lägsta temperaturerna. Skyddet reduceras med över-utspädning, men hög koncentration kan påverka värmeöverföringsprestandan.

Systemets materialkompatibilitet måste också valideras. PTFE är ganska hållbart, men när du väljer frostskyddslösningar måste du ta hänsyn till andra komponenter som tätningar, pumpar etc.

Stödåtgärd #2: Isolering

Värmeisolering kan hjälpa till med frysskydd. Isolering hjälper till att hålla värmen inne och ökar den tid vätskan kan hållas vid temperatur. Men enbart isolering är inte tillräckligt för långvarig exponering för under-frysande kyla.

Effektiv isolering måste kompletteras med en eller flera aktiva metoder som flödesunderhåll, värmespårning eller frostskyddsmedel. Det måste ses som en del av ett större tillvägagångssätt, inte som ett-fristående svar.

Operatörsmedvetenhet och säsongsförberedelser

Vinterskyddet börjar innan vintern sätter in. Anläggningarna bör fastställa det tidigaste förväntade datumet för frost och påbörja vinteriseringsåtgärder i förväg. Detta inkluderar att kontrollera isoleringen, testa värmespårningssystem, testa avloppsdrift och ordna frostskyddsmedel vid behov.

Operatörens vakenhet är också nyckeln. Personalen måste vara medveten om riskerna med att frysa och regelbundet följa fastställda protokoll. Lämplig märkning av dräneringsventiler och ventiler kan bidra till att begränsa risken för ofullständig dränering.

Enkel vinterstartmetod hjälper till att se till att du är redo. Innan växlaren åter tas i bruk bör operatörerna se till att alla avlopp är stängda, kontrollera om det finns kvar is och injicera vätska försiktigt för att förhindra termisk chock från snabba temperaturförändringar.

Hur man tinar säkert

Frys om det fryser, du måste reglera reaktionen. Det är inte tillåtet att använda en ficklampa eller öppen låga för att applicera värme direkt. Höga lokala temperaturer kan smälta eller försämra PTFE och orsaka allvarlig skada.

Gradvis upptining bör uppnås med reglerad värme via omgivande uppvärmning, varmluftscirkulation eller väl-designad värmespårning.

Hur man undviker kostsamma vintermisslyckanden

Den säsongsbetonade men betydande frågan för drift av PTFE-värmeväxlare i kalla områden är frysskydd. Frysning innebär en betydande risk för skador på grund av vattenutvidgning, begränsad geometri och materialinteraktioner.

Enkla, regelbundna rutiner som att bibehålla flödet, tömma när det är inaktivt, applicera värmespårning och tillsätta frostskyddsmedel där det är tillämpligt ger effektivt skydd. Dessa kostar lite i tid och ansträngning, jämfört med kostnaden och störningarna för att återställa fryst-skadad utrustning.

Lösningar som dränering, värmespårning och frostskyddsmedel är enkla och kommer att förhindra katastrofala vinterhaverier. Med adekvat planering och dagligt-underhåll-kan PTFE-värmeväxlare köras pålitligt genom de kallaste temperaturerna.