Kaip PTFE šilumokaitis apsaugo nuo parafino vaško nusėdimo žalios naftos vamzdyno kaitinimo metu?
Palik žinutę
Vaško nusodinimo problema
Žalioje aliejuje yra ištirpusių parafino vaškų -ilgos{1}}grandinės angliavandenilių (C18-C60), kurie nusėda alyvos temperatūrai nukritus žemiau vaško išvaizdos temperatūros. Šilumokaičiai, naudojami žalios naftos šildymui vamzdynų transportavimui arba perdirbimui, susiduria su nuolatiniu iššūkiu: vamzdžio paviršius, kuris pradinėje šildymo fazėje yra vėsesnis nei birios naftos, yra vieta, kur susidaro ir auga vaško kristalai. Vaško nuosėdos izoliuoja vamzdelius, sumažina šilumos perdavimą ir galiausiai apriboja srautą.
Metaliniai šilumokaičio paviršiai ypač linkę nusodinti vašką. Didelės-energijos metalo oksido paviršius suteikia daug branduolių susidarymo vietų. Vaško kristalai jungiasi su paviršiumi per van der Waals jėgas ir mechaninį blokavimą su paviršiaus šiurkštumu. Vaško sluoksnis palaipsniui auga su kiekvienu šildymo ciklu. Norint pašalinti, reikalingas mechaninis purškimas, apdorojimas cheminiu tirpikliu arba visiškas šilumokaičio išardymas, -visa tai brangu ir{6}}atima daug laiko.
PTFE šilumokaitis atsparus vaško nusėdimui per mažos{0}}energijos paviršių. Fluoropolimeras suteikia keletą branduolių susidarymo vietų ir minimalų sukibimą. Aliejuje susidarantys vaško kristalai neprisijungia prie paviršiaus. Vaškas lieka pakibęs aliejuje ir nunešamas pasroviui, o ne nusėda ant šilumokaičio.
Vaško formavimo ir nusodinimo mechanizmas
Parafino vaško nusodinimas vyksta trimis nuosekliais procesais: kristalų branduolių susidarymą šaltame paviršiuje, kristalų augimą ir augančių kristalų sukibimą, kad susidarytų ištisinis sluoksnis. Kiekvieną procesą įtakoja paviršiaus savybės.
Ant metalinio paviršiaus lengvai susidaro branduolys. Didelė paviršiaus energija (40-50 mN/m) ir paviršiaus defektai-įbrėžimai, grūdelių ribos, korozijos duobės – tai vieta, kur vaško molekulės kaupiasi ir sudaro stabilius branduolius. Branduoliai auga įtraukiant papildomas vaško molekules iš aliejaus. Augantys kristalai susilieja su paviršiaus šiurkštumu, įtvirtindami nuosėdas. Laikui bėgant kristalai susilieja į vientisą vaško sluoksnį.
Naudojant PTFE, branduolių susidarymas yra slopinamas. Maža paviršiaus energija (18-20 mN/m) reiškia, kad vaško molekulės turi mažesnį afinitetą paviršiui nei biriai alyvai. Lygus paviršius (Ra 0,1–0,3 μm) neturi mechaninių blokavimo vietų. Kristalai, kurie turi branduolį, yra silpnai pritvirtinti ir lengvai atskiriami tekančios alyvos.
| Vaško nusodinimo parametras | Anglies plienas | Nerūdijantis plienas | PTFE |
|---|---|---|---|
| Paviršiaus energija (mN/m) | 40-50 | 40-50 | 18-20 |
| Vaško branduolių susidarymo vietos tankis | Aukštas | Aukštas | Žemas |
| Vaško sukibimo stiprumas (santykinis) | 1.0 (pagrindinis) | 0.8-1.0 | 0.05-0.1 |
| Vaško nusėdimo greitis (santykinis) | 1.0 | 0.9-1.0 | 0.1-0.2 |
| Valymo būdas | Mechaninis purškimas, tirpiklis | Mechaninis, tirpiklis | Lengvas skalavimas tirpikliu |
| Šilumos perdavimo degradacija per 6 mėnesius (%) | 30-50 | 25-45 | 5-10 |
Vaško nusodinimas yra stipriausias, kai alyvos temperatūra yra artima vaško išvaizdos temperatūrai, kuri daugeliui žalių aliejų paprastai yra nuo 30 iki 50 laipsnių. Pirmuoju šildymo laikotarpiu vamzdžio sienelė yra vėsesnė nei birios alyvos, o sienelės temperatūra gali būti vaško nusodinimo srityje. Vaškas mėgsta nusėsti ant šalčiausių paviršių.
Sumažėjęs PTFE šilumos laidumas sukuria skirtingą temperatūros profilį nei metaliniame vamzdyje. Garų temperatūra viduje yra aukšta, tačiau išorinė PTFE paviršiaus temperatūra žymiai sumažėja per vamzdžio sienelę. PTFE paviršius yra vėsesnis nei metalinis paviršius esant tokiam pat garų slėgiui. Manoma, kad šis vėsesnis paviršius padidins vaško nusėdimą. Tačiau efektą kompensuoja ne-lipnus paviršiaus savybės. Temperatūra neturi reikšmės, vaškas, kuris liečiasi su PTFE paviršiumi, nelimpa.
Praktikoje įrenginiai praneša apie pastovų PTFE šilumokaičių šilumos perdavimą per žalios naftos šildymo mėnesius, o metalinius šilumokaičius reikia valyti kas 4-8 savaites.
Eksploatavimo ir priežiūros pranašumas
Pašalinus vaško nuosėdas, nebereikia reguliariai valyti mechaniniu būdu. PTFE šilumokaitis veikia, kai metalinis šilumokaitis būtų sustabdytas, kad būtų galima išplauti arba valyti tirpikliu. Gamybos veikimo laikas auga. Sumažėjo priežiūros personalo ir valymo chemikalų išlaidos.
Galiausiai, nėra vaško nuosėdų, o tai reiškia, kad šilumos perdavimo koeficientas yra pastovesnis. Proceso valdymo sistema neturi kovoti su augančiu užteršimu didindama garų slėgį. Energijos suvartojimas yra nuspėjamas ir pastovus.
Santrauka
PTFE šilumokaičiai užtikrina parafino vaško nusėdimo prevenciją kaitinant žalią naftą, naudojant mažai energijos naudojantį lygų paviršių, kuris apsaugo nuo kristalų branduolių susidarymo ir sukibimo. Vaškas išlieka aliejaus sraute ir nesikaupia ant vamzdelio paviršiaus. Vaško nešvarumų pašalinimas pašalina dažną mechaninį valymą, palaiko pastovų šilumos perdavimą ir padidina gamybos laiką. Žymiai sutaupytos priežiūros išlaidos per 15+ metų tarnavimo laiką.
Gavę informaciją apie žalios naftos sudėtį, vaško išvaizdos temperatūrą, darbinės temperatūros diapazoną ir esamą užsiteršimo istoriją, galime suteikti inžinerinę pagalbą nustatant PTFE šilumokaičius naftos ir vaško turinčiose paslaugose.
