Como equipamento essencial para fornecer energia térmica em processos industriais e sistemas de aquecimento residencial, caldeiras são amplamente utilizadas no fornecimento de água quente, geração de vapor e processos de conversão de energia. A água quente de alta temperatura ou o vapor gerados pelas caldeiras devem ser transferidos para os sistemas de aquecimento ou processos industriais por meio de trocadores de calor eficientes.
Os trocadores de calor de placa para caldeiras são compostos por uma série de placas metálicas finas empilhadas, formando caminhos de fluxo alternados. O meio primário de alta temperatura do lado da caldeira e o meio secundário de baixa temperatura do lado do usuário fluem em direções opostas através das placas do trocador de calor, alcançando uma troca térmica indireta rápida e eficiente. Na operação real, o desempenho e a vida útil dos trocadores de calor de placa são significativos amente afetado por fatores como a qualidade da água de operação da caldeira, nível de manutenção e pressão de operação. Este artigo apresenta de forma sistemática os principais problemas dos trocadores de calor de placa de caldeiras com base em experiências reais de engenharia e relatórios de solução de problemas.
Quando a temperatura da água primária da caldeira está normal, a temperatura da água secundária na saída não consegue atingir o valor ajustado, resultando em aquecimento insuficiente ou temperatura insuficiente para água quente sanitária. Considere se há incrustação no equipamento que esteja obstruindo os caminhos de fluxo:
1.1 Incrustação de carbonato de cálcio/sulfato de cálcio, formada pelo aquecimento dos íons de cálcio e magnésio na água da caldeira, se deposita facilmente nas superfícies das placas do trocador de calor. A incrustação possui uma condutividade térmica extremamente baixa (apenas 1/50 da do aço inoxidável), formando uma camada de resistência térmica significativa que dificulta severamente a condução de calor.
1.2 A escória de solda, ferrugem, limo biológico ou impurezas fibrosas nas tubulações do sistema podem entrar no trocador de calor de placas da caldeira com o fluxo de água, bloqueando os canais de fluxo entre as placas, que têm apenas alguns milímetros de largura, reduzindo a área efetiva de transferência de calor e diminuindo drasticamente a vazão.
corrosão da placa do trocador de calor
substituição de junta de alto desempenho para trocadores de calor de placas
Vazamento é uma das falhas mais comuns em trocadores de calor de placas de caldeiras e pode ser categorizado como externo ou interno. O vazamento externo ocorre quando o meio atravessa o selo entre o pacote de placas e o ambiente externo, causando perda de meio e potencialmente contaminando o ambiente circundante. O vazamento interno ocorre quando os dois meios se misturam dentro do trocador de calor, afetando diretamente o funcionamento do sistema.
2.1 Vazamento Externo
A operação em altas temperaturas por longos períodos pode causar envelhecimento das juntas de borracha PHE, perda de elasticidade, endurecimento e fissuras, ou ainda corrosão química na água. Tensões causadas pela expansão e contração térmica durante a partida e parada do equipamento podem provocar deslocamento das juntas. Operação inadequada também pode causar deformação ou rachaduras nas placas.
2.2 Vazamento Interno
A corrosão sob tensão por íons cloreto (especialmente em placas de aço inoxidável), corrosão por pitting ou desgaste causado por partículas sólidas no fluxo de água podem provocar afinamento localizado das placas do trocador de calor, levando à perfuração. Danos ou desalinhamento da junta do trocador de calor ao redor dos furos de canto podem resultar na comunicação direta entre os dois meios nos orifícios.
Quando a diferença de pressão (ΔP) entre a entrada e a saída do equipamento é significativamente maior do que o valor projetado, resultando em resistência excessiva à circulação do sistema, redução da vazão e aumento do consumo de energia da bomba, isso normalmente indica resistência interna anormal dentro do trocador de calor. De forma semelhante às causas da redução de eficiência, a sujeira e o incrustante no canal de fluxo reduzem a área da seção transversal do fluxo, aumentando exponencialmente a resistência do fluido. Alternativamente, canais de fluxo excessivamente estreitos ou velocidades do fluido demasiado elevadas também podem levar ao aumento da queda de pressão. O aumento da queda de pressão causa diretamente um maior consumo de eletricidade pela bomba de circulação do sistema para manter o fluxo, aumentando os custos operacionais. Também afeta o equilíbrio hidráulico de todo o sistema de aquecimento, o que pode levar à insuficiência de aquecimento para os usuários finais.
trocador de calor de placa de caldeira teste de pressão
placa phe de alta qualidade
Um som semelhante ao de um martelo é emitido a partir do interior do equipamento, acompanhado de intensa vibração. Em casos graves, isso pode causar instantaneamente deformação da placa, rasgamento do vedante, até mesmo ruptura, ou os flanges de tubulação, soldas, etc. do trocador de calor de placa da caldeira podem rachar, causando riscos ocultos à segurança da operação do sistema.
4.1 Golpe de Aríete por Água Líquida
Este é o tipo mais típico de "golpe de aríete por fechamento de válvula". Quando a água líquida em um canal de fluxo está em movimento com certa velocidade, a válvula de saída é fechada repentina e rapidamente. A energia cinética do fluido é convertida instantaneamente em uma enorme quantidade de energia de pressão. Essa súbita elevação de pressão atinge violentamente as placas do trocador de calor sob forma de uma onda de pressão, muito além da capacidade projetada para suportar essa pressão.
4.2 Golpe de Aríete por Condensação de Vapor
O vapor libera calor no trocador de calor da placa da caldeira e condensa em água. Se o purgador de vapor for inadequadamente selecionado, danificado ou entupido, o condensado não poderá ser descarregado prontamente. O vapor de alta velocidade entra no trocador de calor, empurrando o condensado para frente através dos tubos. Quando o condensado de alta velocidade encontra um obstáculo, sua energia cinética é convertida instantaneamente em pressão devido à incompressibilidade da água, resultando em um impacto extremamente violento.
Os trocadores de calor de placa soldada oferecem certas vantagens em aplicações industriais, mas também apresentam desafios, como incrustação severa, manutenção difícil, baixa eficiência energética, riscos de vazamento e baixa adaptabilidade. Para superar as limitações dos trocadores de calor de placa soldada, a indústria moderna está gradualmente introduzindo novos equipamentos de troca térmica: trocadores de calor de placa totalmente soldados, trocadores de calor de placa semi-soldados e trocadores de calor de placa e casco. As empresas precisam equilibrar o investimento inicial e os custos de manutenção para selecionar o trocador de calor adequado e melhorar a segurança e a confiabilidade geral da produção.
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