Autoklaavin pääsyongelma
Hydrometallurginen autoklaavi toimii 180 asteen ja 12 baarin paineessa, prosessoi nikkelilateriittimalmia. Alus on sylinterimäinen, halkaisijaltaan 3,5 metriä, ja yksi halkaisijaltaan 500 mm:n kulkuväylä tarjoaa ainoan pääsyn sisälle. Nykyinen titaanilämmityskierukka, joka on syöpynyt 18 kuukauden käytön jälkeen korkean lämpötilan rikkihappoliuosliuoksessa, on vaihdettava. PTFE-lämmönvaihdin on määritelty sen korroosionkestävyyden vuoksi, mutta pääsyrajoitus muodostaa suunnitteluhaasteen: vaihtimen on läpäistävä 500 mm:n kulkuväylä ja koottava kaarevan astian sisään, mukautuen lieriömäiseen geometriaan ja maksimoimalla lämmönsiirtopinta-ala.
Vakiomuotoiset suorakaiteen muotoiset PTFE-ristikkomallit eivät sovi. Tarvitaan mukautettu modulaarinen lähestymistapa, joka on suunniteltu erityisesti sylinterimäiseen astian geometriaan ja rajoitettuun pääsyyn.
Modulaarinen helikaalinen suunnittelutapa
Sylinterimäiset astiat suosivat kierteisiä tai rengasmaisia lämmönvaihdinkokoonpanoja, jotka seuraavat astian kaarevuutta. Tälle autoklaaville kehitetty rakenne koostuu toisiinsa yhdistetyistä PTFE-putkimoduuleista, jotka on järjestetty samankeskisiin kierrerenkaisiin. Jokainen moduuli on esikoottu PTFE-putkisegmentti, joka on muodostettu osittaiseksi kaareksi, jonka kulma on 120-180 astetta ja joka on mitoitettu kulkemaan vinosti 500 mm:n putkilinjan läpi.
Moduulit yhdistetään autoklaavin sisällä puristusliittimien kautta määrätyissä liitospisteissä. Liitännät on sijoitettu siten, että niihin pääsee käsiksi karsinta-aukosta, jolloin asentaja pääsee käsiksi kulkuaukon läpi ja tehdä liitännät vakiotyökaluilla.
Valmis kokoonpano muodostaa kaksi samankeskistä kierukkakelaa, jotka on ripustettu edellisen seisokin yhteydessä astian seinämään hitsattuihin kannattimiin. Ulompi käämi koskettaa suonen seinämää noin 200 mm kuoresta. Sisäkela on 400 mm etäisyydellä ulkopuolesta. Tämä kaksi{5}}kierukkakokoonpanoa maksimoi lämmönsiirtopinnan lieriömäisessä tilavuudessa säilyttäen samalla tilan lietteen virtaukselle patojen välillä.
Taulukko 1: Mukautetut sylinterimäisen PTFE-lämmönvaihtimen suunnitteluparametrit (halkaisijaltaan 3,5 m:n autoklaavi, 500 mm:n manway)
| Suunnitteluparametri | Erittely | Tekninen perustelu |
|---|---|---|
| Moduulin kaarikulma | 150 astetta | Suurin kulma, joka mahdollistaa lävistäjän kulkemisen 500 mm:n ajoradan läpi |
| Moduulin leveys | 380mm | Kiertoväylä kulkuväylää varten |
| Moduulin paino (kuiva) | 8-10 kg | Manwayn manuaalinen käsittely yhden asentajan toimesta |
| Moduulien lukumäärä kierrerengasta kohti | 3 (3 × 150 astetta=450 astetta päällekkäin) | Päällekkäisyys varmistaa jatkuvan lämmityksen kehän ympärillä |
| Samankeskisten renkaiden lukumäärä | 2 | Ulkorengas lähellä aluksen seinää; sisärengas keski-säteellä |
| Putken ulkohalkaisija × seinä | 10 mm × 1,2 mm | Muokattu PTFE virumisvastus 180 asteessa |
| Moduulien välinen yhteystyyppi | Levenevä PTFE-puristusliitos | Käsin-koottu manwayn läpi |
| Liitäntävuototesti | Pneumaattinen 1,5 bar (matala paine, turvallisuus{1}}rajoitettu ahtaassa tilassa) | Suoritetaan moduuli moduulilta kokoonpanon aikana |
| Kokonaispaino | 55 kg | Nykyisten aluskiinnikkeiden tukema |
| Kokonaislämmönsiirtopinta | 8.5 m² | Mitoitettu 45 kW lämmityskäyttöön suunnitteluhöyrynpaineella |
In-aluksen kokoonpanosarja
Kokoonpano noudattaa tiukkaa järjestystä, joka on kehitetty ja harjoiteltu ennen sammuttamista. Kaikki moduulit, työkalut ja testilaitteet sijoitetaan manwaylle. Alus on tuuletettu, kaasu-testattu ja suljetun tilan pääsylupa on voimassa miehistön varahenkilön kanssa.
Ulompi kierrerengas kootaan ensin. Kolme kaarimoduulia viedään kulkuväylän läpi, sijoitetaan tukikannattimiin ja yhdistetään. Rengas on paine-testattu. Sisempi kierrerengas noudattaa samaa järjestystä käyttämällä toista tukikiinnikesarjaa. Valmiit patterit liitetään höyryn syöttö- ja lauhteen paluukokoajiin, jotka tunkeutuvat astiaan olemassa olevien suuttimien kautta.
Kahden hengen tiimi suorittaa koko kokoonpanon yhdessä 10-tunnin huoltovuorossa. Kuumatöitä ei vaadita. Alukseen ei tarvita muutoksia aiemmin asennettujen tukikiinnikkeiden lisäksi.
Lämpöteho sylinterimäisessä geometriassa
Kierteinen konfiguraatio tarjoaa erinomaisen lämpösuorituskyvyn autoklaaviympäristössä. Samakeskinen kierukkajärjestely luo luonnollisia kiertokuvioita lietteeseen: lämmitetty neste nousee kierukoita pitkin, kiertää suonen keskustaan ja palaa alaspäin astian seinämiä pitkin. Tämä kierto tehostaa lämmönsiirtoa ja estää lietteen paikallista ylikuumenemista putkien pinnoilla.
Kaksoiskelan{0}}rakenne tarjoaa myös toiminnan redundanssin. Jos yhteen patteriin tulee vuoto, se voidaan eristää, kun taas toinen patteri jatkaa lämmitystä pienemmällä kapasiteetilla. Autoklaavi toimii osittaisella teholla, kunnes suunniteltu huoltoikkuna sallii korjauksen.
Yhteenveto
Mukautetut PTFE-lämmönvaihtimet, jotka on suunniteltu sylinterimäiseen autoklaaviin pääsyyn, on rakennettu modulaarisiksi kierrekaarisegmenteiksi, jotka kulkevat standardien kulkuväylien läpi ja kootaan astian sisään. Samakeskinen kaksoiskelakonfiguraatio maksimoi lämmönsiirtopinnan kaarevan geometrian sisällä, parantaa luonnollista kiertoa ja tarjoaa toiminnan redundanssin.
Modulaarinen lähestymistapa mahdollistaa PTFE:n asennuksen astioihin, joihin perinteiset suorakaiteen muotoiset ristikot eivät mahdu, ja laajentaa PTFE-tekniikan sovellusaluetta korkeapaineisiin autoklaavipalveluihin, joissa korroosionkestävyys ja ennustettava pitkäaikainen{1}}suorituskyky ovat kriittisiä.
Suunnittelutukea mukautetun lieriömäisen astian PTFE-lämmönvaihtimen suunnittelulle on saatavilla, kun toimitetaan astian piirustukset, kulkuväylän mitat, prosessiolosuhteet, lämmitysteho ja käytettävissä olevat suutinliitännät.
