Cómo monitorear el flujo y la presión para proteger su intercambiador de calor de PTFE

El intercambiador de calor de PTFE empezó a vibrar. Un paquete de tubos falló en semanas. El problema era una velocidad de flujo demasiado alta, la bomba estaba sobredimensionada, lo que hacía que los tubos flexibles de PTFE vibraran y se frotaran entre sí. El control diario de la presión y el flujo habría detectado el problema a tiempo.
En términos de dinámica de fluidos, el comportamiento de los intercambiadores de calor de PTFE es diferente al de los intercambiadores de calor metálicos. Los tubos son deliberadamente flexibles y tienen paredes delgadas para permitir la expansión térmica. Sin embargo, esta flexibilidad los hace susceptibles a las fuerzas en la ruta del flujo. Cuando la velocidad del flujo excede el límite de diseño (generalmente 2 m/seg dentro de los tubos), la energía cinética del fluido comienza a excitar los modos de vibración naturales. Los tubos se mueven de un lado a otro, golpeando los tubos vecinos o los soportes deflectores miles de veces por minuto. Este micro-impacto repetitivo (llamado desgaste por fricción) destruye rápidamente la superficie de PTFE. Un ligero ruido podría provocar fugas pequeñas que permitan que el fluido corrosivo del proceso alcance la carcasa de acero. Un intercambiador silencioso es un intercambiador feliz. El ruido es un aviso.
La caída de alta presión-aumenta el riesgo. La caída de presión sobre el haz de tubos aumenta con el cuadrado de la velocidad, por lo que una pequeña sobrevelocidad puede fácilmente duplicar o triplicar la presión diferencial. La delgada pared de PTFE está destinada a resistir ataques químicos, no presiones estructurales. Una presión externa excesiva puede hacer que la delgada pared de PTFE se doble hacia adentro o colapse localmente si el revestimiento no está adecuadamente soportado. Este es generalmente el primer síntoma detectado por los operadores como un aumento inesperado en la presión de descarga de la bomba o una disminución en el caudal a velocidad constante de la bomba. La falla del intercambiador no es catastrófica al principio, simplemente se lo está presionando para que acepte más carga hidráulica de la que sus partes internas flexibles pueden soportar.

El golpe de ariete supone una tercera amenaza, inmediata. Un cierre rápido de la válvula o un disparo de la bomba detiene abruptamente la columna de fluido y se genera una onda de presión de alta velocidad a través del sistema. En el caso de las tuberías metálicas rígidas, la onda se absorbe en la pared de la tubería. Con un intercambiador revestido de PTFE-o con tubos de PTFE-la onda golpea el revestimiento blando directamente. La tensión resultante puede ser mayor que la resistencia al estallido del revestimiento, el colapso de los tubos o la destrucción del vínculo entre el PTFE y el acero en la placa del tubo. A veces un golpe de ariete-es suficiente para producir fisuras ocultas que sólo gotean después de días de trabajo. Las lecturas diarias de su medidor representan el pulso de su equipo. Escríbalos.
Así, la protección del intercambiador comienza con un riguroso seguimiento diario. Al comienzo de cada turno, registre las presiones de entrada y salida tanto en el lado del proceso como en el de servicios públicos. Calcule la caída de presión y compárela con el valor de diseño limpio-indicado en la hoja de datos. Un aumento rápido puede indicar obstrucción o un canal parcialmente bloqueado, mientras que una reducción repentina generalmente indicará una ruptura del tubo que ha acortado la ruta del flujo. Y moverse por el intercambiador y escuchar simultáneamente. Cualquier nuevo traqueteo, zumbido o zumbido metálico indica vibración del tubo y requiere una acción rápida: reduzca el caudal en un 20 % y comuníquese con el mantenimiento antes de continuar.
El caudal debe compararse con el diseño original. Si se ha cambiado una bomba por una más grande o si se ha estrangulado una válvula de control aguas abajo, es posible que la velocidad dentro de los tubos haya aumentado sin que nadie lo sepa. Si el sistema siempre funciona por encima de 2 m/s, instale un limitador de flujo de placa de orificio simple o un variador de frecuencia en la bomba. Si los aumentos repentinos de presión son un problema conocido - por ejemplo, en líneas con-válvulas de cierre rápido - agregue un supresor de sobretensiones o un acumulador de vejiga-cerca de la entrada del intercambiador. Estos dispositivos atenúan la onda de choque antes de que llegue a los tubos de PTFE. Nunca coloque una bomba en posición muerta contra una válvula cerrada en el intercambiador. Una presurización excesiva puede hacer que los tubos de PTFE se inflen hasta que se rompan o se despeguen de sus asientos.
Mantenga un libro de registro o una hoja de tendencias digital separada para cada intercambiador de calor. Caída de presión de entrada, caudal, temperaturas de entrada y salida y sonidos escuchados, a la misma hora todos los días. Y los datos, a lo largo de semanas y meses, revelan tendencias aparentes. La disminución de la presión aumenta gradualmente, lo que indica una contaminación normal que puede solucionarse en el próximo tiempo de inactividad programado. Sin embargo, un salto repentino significa una obstrucción, un tubo colapsando o residuos atrapados en el paquete. Las tendencias también ayudan a separar las oscilaciones estacionales naturales en la temperatura del -agua de refrigeración de los verdaderos problemas mecánicos. Si el registro muestra una velocidad acercándose al límite superior, el operador puede intervenir antes de que comience el desgaste por fricción.
Se pueden evitar fallos catastróficos del haz de tubos mediante comprobaciones periódicas de la presión, el flujo y el sonido. La primera línea de defensa son los operadores que escuchan y registran datos. Cada ruido se trata como una señal, cada cambio de presión inexplicable como un desencadenante de un examen, de modo que la fábrica mantenga sus intercambiadores de calor de PTFE funcionando de forma segura dentro de sus limitaciones-dinámicas de fluidos. Esto da como resultado una vida útil más larga, menos fugas y la tranquilidad de saber que el equipo está protegido por un monitoreo diligente, y que no se deja al azar.