Asumsi Kualitas Uap
Sebagian besar spesifikasi penukar panas PTFE mencakup tekanan dan suhu uap. Hanya sedikit yang menyertakan parameter kualitas uap-fraksi kekeringan, panas berlebih,-kandungan gas yang tidak dapat terkondensasi, dan kemurnian kimia. Asumsinya adalah uap standar pabrik sudah mencukupi. Asumsi ini seringkali salah.
Uap pabrik membawa jejak bahan kimia ketel, padatan terlarut dari sisa, dan sejumlah air yang masuk. Untuk penukar panas logam, kontaminan ini terutama mempengaruhi sisi uap melalui proses kerak dan korosi-yang lambat yang dikelola melalui pengolahan air boiler. Untuk penukar panas PTFE, efeknya berbeda karena bahannya tidak menimbulkan korosi atau kerak.
Namun, kekurangan kualitas uap tertentu dapat merusak penukar PTFE melalui mekanisme yang tidak berhubungan dengan korosi. Uap super panas dapat melebihi suhu layanan berkelanjutan dari bahan pendukung. Padatan boiler yang tertahan dapat mengikis permukaan PTFE dengan kecepatan tinggi. Gas yang tidak-terkondensasi dapat menyelimuti permukaan perpindahan panas. Menentukan dan memverifikasi kualitas uap mencegah masalah yang dapat dihindari ini.
Fraksi Kekeringan: Parameter Kritis
Fraksi kekeringan uap adalah persentase massa uap dalam campuran-air uap. Uap jenuh pada kekeringan 100% tidak mengandung tetesan air yang tertahan. Uap tanaman biasanya mencapai tingkat kekeringan 95-98%, membawa 2-5% air yang tertahan secara massa.
Untuk penukar panas PTFE, fraksi kekeringan yang rendah menimbulkan dua masalah. Tetesan air yang masuk pada tekanan boiler membawa padatan terlarut-natrium, silika, fosfat-yang mengendap di dalam tabung PTFE saat air menguap. Endapan ini tidak korosif terhadap PTFE, namun mengisolasi dinding tabung dan mengurangi perpindahan panas. Selama berbulan-bulan, akumulasi padatan dapat menyumbat sebagian lubang tabung.
Lebih penting lagi, air yang masuk dengan kecepatan tinggi menyebabkan erosi pada permukaan PTFE. Tetesan air yang membentur dinding tabung dengan kecepatan uap 20-30 m/s menyebabkan permukaan menjadi kasar secara lokal. Dampaknya kecil dalam jangka pendek namun bersifat kumulatif selama bertahun-tahun pelayanan.
Fraksi kekeringan 98% atau lebih tinggi direkomendasikan untuk penukar panas PTFE dalam layanan berkelanjutan. Hal ini dicapai melalui pemisahan steam yang tepat di dalam boiler dan pipa saluran steam yang berukuran memadai dengan drainase yang baik.
Tabel 1: Spesifikasi Kualitas Uap untuk Layanan Penukar Panas PTFE
| Parameter Kualitas Uap | Batas yang Direkomendasikan | Akibat Melebihi Batas | Metode Pengukuran |
|---|---|---|---|
| Fraksi kekeringan | Lebih besar dari atau sama dengan 98% | Deposisi padatan; erosi pada saluran masuk tabung | Kalorimeter pelambatan |
| Superheat (di atas saturasi) | Kurang dari atau sama dengan 10 derajat | Melebihi peringkat material dukungan; risiko degradasi termal untuk komponen PVDF | Pemeriksaan suhu di bagian hulu penukar |
| Gas yang tidak dapat terkondensasi (CO₂, O₂, N₂) | Kurang dari atau sama dengan 0,5% volume | Selimut perpindahan panas; mengurangi luas permukaan efektif | Kelarutan gas atau analisis Orsat |
| Total padatan terlarut dalam kondensat | Kurang dari atau sama dengan 10 ppm | Kotoran pada pipa bagian dalam; mengurangi nilai U- | Pengukur konduktivitas pada sampel kondensat |
| Sisa bahan kimia pengolahan boiler | Amina Kurang dari atau sama dengan 1 ppm; pemulung oksigen Kurang dari atau sama dengan 0,5 ppm | Risiko perembesan jika cairan-sisi tabung dan sisi cangkang-harus tetap terpisah | Analisis ion spesifik |
| Partikulat (kerak pipa, karat) | Ukuran partikel kurang dari atau sama dengan 100 μm | penyumbatan saluran masuk tabung; erosi pada tikungan | In-pemeriksaan saringan sebaris |
Batas Super Panas
Uap super panas adalah uap yang dipanaskan melebihi suhu jenuhnya pada tekanan tertentu. Panas berlebih ringan sebesar 5-10 derajat biasa terjadi di pabrik yang uapnya mengalir jauh dari ketel. Tingkat superheat yang lebih tinggi terjadi ketika boiler beroperasi dengan superheater.
Kekhawatiran penukar panas PTFE bukanlah pada pipa PTFE itu sendiri, yang tahan terhadap suhu 260 derajat. Yang menjadi perhatian adalah sistem pendukungnya. Pelat pendukung PVDF memiliki batas servis berkelanjutan sebesar 150 derajat. Jika uap super panas pada suhu 180-200 derajat memasuki penukar, bagian header yang tidak terendam dan pelat pendukung pertama akan melihat suhu di atas nilai nominalnya.
Panas berlebih di atas 10 derajat harus dihilangkan dengan desuperheater-sistem injeksi air yang menurunkan suhu uap hingga jenuh-sebelum uap memasuki penukar PTFE. Sebagai alternatif, bahan pendukung yang mempunyai suhu superheat maksimum yang mungkin harus ditentukan.
Gas-yang Tidak Dapat Dikondensasi
Udara dan karbon dioksida memasuki sistem uap selama penyalaan boiler, melalui pemutus vakum, dan dari penguraian bahan kimia perawatan boiler. Gas-gas yang tidak dapat terkondensasi ini tidak mengembun bersama uap. Mereka terakumulasi dalam penukar panas, membentuk selimut gas stagnan di sisi uap dinding tabung.
Selimut gas adalah isolator yang efektif. Perpindahan panas melalui lapisan gas hanya terjadi secara konduksi, tanpa kontribusi panas laten. Konsentrasi gas yang hanya 1% volume dapat mengurangi koefisien perpindahan panas efektif sebesar 10-15% di zona yang terkena dampak.
Pemilihan steam trap yang tepat dengan-kemampuan ventilasi udara-ventilasi udara termostatik atau pelampung-dan-perangkap termostatik-terus menerus menghilangkan gas yang tidak dapat terkondensasi dari penukar. Sistem uap harus dilengkapi ventilasi udara di semua titik tinggi dimana gas dapat terakumulasi.
Ringkasan
Kinerja penukar panas PTFE yang andal memerlukan parameter kualitas uap selain tekanan dan suhu. Fraksi kekeringan minimum sebesar 98% mencegah pengendapan dan erosi padatan. Panas berlebih harus dibatasi hingga 10 derajat di atas saturasi untuk melindungi material pendukung. Kandungan gas yang tidak dapat terkondensasi harus dijaga di bawah 0,5% melalui ventilasi udara dan pemilihan steam trap yang tepat.
Spesifikasi ini, jika disertakan dalam pengadaan penukar panas dan desain sistem uap, akan memastikan bahwa penukar panas PTFE memberikan kinerja termal desainnya sepanjang masa pakainya tanpa pengotoran-sisi uap atau degradasi material pendukung.
Rekomendasi teknik untuk peningkatan kualitas uap pada instalasi penukar panas PTFE yang ada tersedia setelah penyerahan pengukuran kualitas uap saat ini, data kinerja penukar, dan setiap pengotoran internal atau degradasi pendukung yang diamati.
