야외 노출 챌린지
습식 야금 공장은 야외에 열교환기를 설치합니다. 구리 용매 추출, 니켈 라테라이트 침출 및 금 CIP 회로는 측면이 개방된- 보호소에서 작동하거나 태양, 비 및 온도 변화에 완전히 노출되어 작동합니다. 열 교환기 헤드-튜브 번들을 공정 배관에 연결하는 매니폴드-는 가장 혹독한 조건에 직면합니다.
햇빛은 폴리머를 분해하는 자외선을 전달합니다. 거의 영하의 밤부터-오후 40도까지의 일일 기온 주기로 인해 열팽창 스트레스가 발생합니다. 바람-으로 인해 발생하는 비와 먼지로 인해 표면이 침식됩니다. 유지 관리 활동으로 인해 장비는 도구 및 모바일 장비로 인한 우발적인 충격에 노출됩니다.
헤드 설계는 수십 년 동안 이러한 조건을 견디면서 튜브{0}}-헤더 접합부를 보호해야 합니다. 세 가지 설계 접근 방식이 경쟁합니다: 전체-PTFE 헤드, PVDF 헤드, 금속-보호 PTFE 헤드. 각각은 실외 환경을 다르게 처리합니다.
헤드 디자인 옵션
모든-PTFE 헤드는 튜브와 동일한 불소중합체를 사용합니다. 화학적 호환성은 동일합니다. 전체 젖은 표면은 공정 산에 저항합니다. 그러나 PTFE는 기계적 강성이 낮습니다. 지지되지 않는 대형 헤드 구조는 지속적인 하중 하에서 변형되거나 변형될 수 있습니다. 볼트 체결식 플랜지 연결에는 PTFE 냉-흐름에 따른 누출을 방지하기 위해 세심한 토크 관리가 필요합니다.
PVDF 헤드는 PTFE보다 더 높은 강성과 강도를 제공합니다. 재료 기계는 복잡한 헤더 모양으로 쉽게 가공됩니다. 내화학성은 좋지만 보편적이지는 않습니다.-PVDF는 강한 부식제, 특정 용제 및 120도 이상의 발연 산에 의해 공격을 받습니다. 적당한 온도에서 황산을 포함하는 습식 야금 응용 분야의 경우 PVDF는 우수한 기계적 특성과 함께 적절한 내화학성을 제공합니다.
금속{0}}장갑 헤드는 강철 또는 FRP 구조 쉘 내부에 PTFE 라이너를 넣습니다. 라이너는 내화학성을 제공합니다. 쉘은 기계적 강도를 제공합니다. 이 하이브리드 디자인은 두 소재의 장점을 결합합니다. 불이익은 더 높은 비용과 더 복잡한 제조입니다.
표 1: 실외 PTFE 열 교환기 설치에 대한 헤드 설계 비교
| 헤드 디자인 | 자외선 저항 | 열 순환 허용 오차 | 충격 저항 | 화학적 호환성 | 상대 비용 |
|---|---|---|---|---|---|
| 전체-PTFE | 우수(저하 없음) | 좋음(유연함, 낮은 스트레스) | 나쁨(쉽게 손상됨) | 만능인 | 보통의 |
| PVDF | 양호(자외선 안정제 필요) | 보통(더 단단하고 열 응력이 높음) | 좋은 | 제한적(강한 부식성 물질, 용제 피하기) | 낮음-보통 |
| 금속{0}}장갑(강철/PTFE) | 우수(금속 차폐 UV) | 우수함(강철은 응력을 관리함) | 훌륭한 | 유니버설(PTFE 라이너) | 높은 |
| 금속{0}}장갑(FRP/PTFE) | 우수(FRP 차폐 UV) | 양호(FRP 열 팽창이 PTFE와 더 잘 일치함) | 좋은 | 유니버설(PTFE 라이너) | 높은 |
UV 분해 메커니즘
보호되지 않은 폴리머는 태양광 UV에서 광산화를 통해 분해됩니다.- 폴리머 사슬이 끊어져 취성, 변색 및 최종 균열이 발생합니다. PTFE는 독특하게 저항력이 있습니다. 탄소-불소 결합은 지구 태양 스펙트럼에서 UV 광자 에너지보다 더 강합니다. PTFE는 UV 안정제가 필요하지 않으며 수십 년 동안 햇빛에 완전히 노출된 후에도 품질이 저하되지 않습니다.-
PVDF는 일부 UV를 흡수하므로 카본 블랙 또는 기타 안정제 첨가제가 필요합니다. 적절하게 안정화된 PVDF는 실외에서 수년 동안 지속되지만 표면 백화 및 점진적인 재산 손실이 발생합니다. 불안정한 PVDF는 몇 달 안에 부서질 수 있습니다.
금속{0}}보호 헤드는 내부 폴리머 라이너의 UV 노출을 완전히 제거합니다. 강철 또는 FRP 쉘은 모든 UV를 흡수합니다. 라이너에는 공정 유체만 보입니다.
열 순환 및 기계적 영향
실외 설치에서는 매일 열 순환이 발생합니다. PTFE는 열팽창 계수가 높고-강철의 약 10배입니다. 모든-PTFE 헤드는 크게 팽창하고 수축합니다. 배관 연결에 확장 기능이 포함된 경우 PTFE의 유연성이 이러한 움직임을 수용합니다. 모든-PTFE 헤드를 견고하게 장착하면 연결 시 응력이 발생합니다.
PVDF는 팽창 계수가 낮고 강철에 가깝습니다. 열 응력이 더 낮습니다. 볼트 연결은 온도 사이클을 통해 토크를 더 잘 유지합니다.
금속{0}}장갑 헤드는 강철 쉘을 사용하여 열팽창을 관리합니다. PTFE 라이너는 구조적 하중으로부터 분리되어 내부에 떠 있습니다. 플랜지 연결은 강철-대- 강철이므로 폴리머 크리프 문제가 제거됩니다.
유지보수 시 충격 저항이 중요합니다. 렌치를 떨어뜨리면 전체-PTFE 헤드가 깨질 수 있습니다. PVDF는 충격에 더 잘 저항합니다. 금속-장갑 머리는 일반적인 산업 취급 시 본질적으로 파괴되지 않습니다.
요약
실외 습식 야금 서비스를 위한 PTFE 열 교환기 헤드 설계는 UV 저항성, 열 순환 내성 및 기계적 내구성의 균형을 맞춥니다. 모든-PTFE 헤드는 보편적인 화학적 호환성과 탁월한 UV 저항성을 제공하지만 기계적 견고성은 제한적입니다. PVDF는 대부분의 황산- 기반 공정에 적합한 화학적 호환성과 함께 더 나은 강성과 내충격성을 제공합니다. 금속-장갑 설계는 더 높은 비용으로 최대의 내구성을 제공합니다.
높은 신뢰성이 요구되는 영구 옥외 설치의 경우 금속-장갑 또는 전체-PTFE 헤드가 선호됩니다. PVDF는 적당한 화학 물질 노출로 덜 중요한 응용 분야에 적합합니다.
PTFE 열 교환기 헤드 설계 선택에 대한 엔지니어링 권장 사항은 공정 화학, 주변 온도 범위, 햇빛 노출, 기계적 위험 평가 및 배관 연결 사양 제출 시 제공됩니다.
