Technologie

Jak zapobiegać przestojom z tytułu wycieków w płytowych wymiennikach ciepła?

Ryzyko związane ze stosowaniem nieoryginalnych uszczelek do wymienników Alfa Laval

W procesach technologicznych wytwarzania energii w elektrowniach i elektrociepłowniach konieczne jest stosowanie wymienników ciepła, zarówno do prostych procesów schładzania i podgrzewania, jak i bardziej złożonych procesów skraplania. Wprowadzenie na rynek płytowych uszczelkowych wymienników ciepła z ich kompaktową budową i wysoką sprawnością działania oraz dostosowanie ich do pracy w bardzo wymagających warunkach, umożliwiło zwiększenie efektywności procesów wymiany ciepła i znaczne obniżenie kosztów prowadzonej działalności.

Jednakże, jak we wszystkich eksploatowanych urządzeniach, części w wymiennikach ciepła podlegają procesowi zużycia i zanieczyszczenia. Wymiana ich w odpowiednim czasie pozwala utrzymać urządzenie w dobrym stanie technicznym i uzyskać optymalną wymianę ciepła przez cały czas eksploatacji. Ważne jest przy tym aby korzystać z oryginalnych części, gdyż tylko wówczas możemy zapewnić proces produkcyjny zgodnie z założeniami Użytkownika, bezpieczeństwo pracowników i parku maszynowego.

W każdym wymienniku ciepła uszczelki, których zadaniem jest oddzielenie mediów, pomiędzy którymi wymieniane jest ciepło, ulegają procesowi naturalnego starzenia. Czas przydatności uszczelki do eksploatacji zależy od różnych czynników, takich jak: materiał wykonania uszczelki, ekspozycja na działanie medium, temperatura, ciśnienie, operacje załączania /wyłączania, częstotliwość otwierania. W momencie, gdy uszczelka nie jest w stanie odciąć dostępu medium na skutek małej siły przylegania, pojawia się zewnętrzny wyciek.

Aby uszczelki zapewniały jak najlepszą szczelność wymiennika, materiał z którego są wykonane musi posiadać odpowiednie właściwości, a ich konstrukcja musi być idealnie dopasowana do danego zastosowania.

Uszczelka od innego producenta może nie odróżniać się od wersji oryginalnej, jednak istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że nie będzie spełniała swojego zadania tak dobrze jak uszczelka Alfa Laval. Wynikać to może z różnic w składzie chemicznym gumy względem składu oryginalnej uszczelki, jak i samego procesu wytwarzania

Projektowanie uszczelki dla konkretnego typu wymiennika ciepła wymaga przeprowadzenia szczegółowej analizy płyty jak i uszczelki. I tylko producent wymienników może określić dokładnie proporcje poszczególnych składników w formule gumy, dzięki czemu uszczelki gumowe stosowane w płytowych wymiennikach ciepła Alfa Laval są dopasowane perfekcyjnie do urządzenia i typu zastosowania

Przy stosowaniu nieoryginalnych uszczelek, należy zwrócić uwagę na skutki ekonomiczne funkcjonowania płytowego wymiennika ciepła Alfa Laval, jak i całego zakładu. Stosowanie nieoryginalnych części zamiennych może obniżyć rentowność procesu w poniżej przedstawiony sposób.

  • Częstsza wymiana części zamiennych. Ze względu na zwiększone zużycie i zanieczyszczenia spowodowane przez gorszej jakości części zamienne, wymiana płyt i uszczelek może odbywa się częściej niż zakładał producent wymiennika i tym samym generować dodatkowe koszty.
  • Awaria urządzenia. Korzystanie z nieoryginalnych części zamiennych eliminuje korzyści wynikające z inwestycji w płytowe wymienniki ciepła Alfa Laval. Awaria sprzętu jest kosztowna. Na przykład, wymiana chłodnicy oleju z płytami z tytanu, może kosztować ponad 150 000 euro, w zależności od wielkości urządzenia.
  • Mniej czasu na produkcję. Spadek wydajności produkcji jest prawdopodobnie najdroższą konsekwencją niestosowania oryginalnych części zamiennych Alfa Laval. Przestój może wahać się od kilku godzin do kilku tygodni. Godzina zatrzymania produkcji na platformie wydobycia ropy naftowej na morzu może kosztować setki tysięcy euro, zaś przestoje w elektrowni jądrowej nawet 1 mln euro tygodniowo.

Co się stanie, jeśli oryginalne uszczelki Alfa Laval w płytowych wymiennikach ciepła Alfa Laval zostaną zastąpione uszczelkami od innego producenta?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, Alfa Laval zdecydowała porównać zachowanie i efektywność nieoryginalnych i oryginalnych uszczelek stosowanych w płytowych wymiennikach ciepła Alfa Laval. Badanie przeprowadzono na uszczelkach NBR i EPDM, które zostały poddane testom w tych samych, granicznych warunkach, odpowiadających warunkom rzeczywistym i obejmowało:

1. kontrolę wizualną z wykonaniem dokumentacji fotograficznej

2. badania laboratoryjne nowych uszczelek w zakresie właściwości materiału

3. testy uszczelek w płytowym wymienniku ciepła, gdzie oceniane były zdolność do uszczelniania po pewnym czasie, deformacja uszczelki lub odkształcenia (C.S.), proces starzenia i zmiany twardości oraz łatwość oddzielenia płyt od siebie po okresie eksploatacji.

Zwykle badanie powinno trwać co najmniej 12 miesięcy, jednak w analizowanym przypadku okres ten nie był wymagany, gdyż wyniki dla uszczelek NBR uzyskano po trzech miesiącach, a dla EPDM po sześciu.

Ogólny wniosek z badania wskazywał, że uszczelki od innych producentów są produkowane z mniejszą precyzją i są niższej jakości niż uszczelki Alfa Laval. Uszczelki nieoryginalne nie spełniają standardów wykonania Alfa Laval w kilku głównych obszarach, takich jak: uszczelnianie i odkształcenie, proces starzenia, twardość, oddzielanie płyt i oznaczenia. (prezentacja wyników: patrz Tab.1 i Tab. 2)

Tab. 1. Wyniki testów funkcjonalnych uszczelki NBR*

Dostawca Właściwości materiału Uszczelnienie Oddzielanie płyt Sprężystość Zmiany twardości Proces starzenia
AlfaLaval Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony
Producent 1 Nie zatwierdzony Zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony
Producent 2 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony
Producent 3 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony

*Uszczelki testowane w temperaturze 140°C przez 84 dni z cieczami wodnymi

Tab. 2. Wyniki testów funkcjonalnych uszczelki EPDM**

Dostawca Właściwości materiału Uszczelnienie Oddzielanie płyt Sprężystość Zmiany twardości Proces starzenia
AlfaLaval Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony Zatwierdzony
Producent 1 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony
Producent 2 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony Nie zatwierdzony
Producent 3 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony Nie zatwierdzony Zatwierdzony Nie zatwierdzony
Producent 4 Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony Nie zatwierdzony

**Uszczelki testowane w temperaturze 165°C przez 180 dni.

Testy na szczelność

Wszystkie uszczelki powinny być produkowane, aby zapewnić odpowiednie siły uszczelniające. Jeśli uszczelki wykazują niskie siły uszczelniające, w płytowym wymienniku ciepła wzrasta ryzyko wycieku po stronie zimnego i gorącego medium Zbyt mała siła powoduje zmniejszenie sprawności płytowego wymiennika ciepła, a także skrócenie jego czasu eksploatacji. Zbyt duża zwiększa zaś ryzyko mechanicznego uszkodzenia uszczelki poprzez jej kruszenie na skutek naprężeń i podwyższonych temperatur.

Alfa Laval projektuje uszczelki tak, aby zapewnić określone siły uszczelniające, niezbędne do właściwego uszczelnienia i optymalnej wydajności płytowego wymiennika ciepła.

Wyniki porównania

Testy na uszczelnienie były przeprowadzane w temperaturze 100°C i w temperaturze 20° C, przy maksymalnym ciśnieniu 20 bar. Dla uszczelek temperatura 20°C jest o wiele bardziej niekorzystna i odzwierciedla sytuację, kiedy płytowy wymiennik ciepła jest wyłączony, lecz wciąż jest pod ciśnieniem.

Testy na uszczelnienie dla uszczelki NBR przeprowadzono po 33 i 84 dniach pracy w temperaturze 140°C. Po 33 dniach doszło do wycieku w płytowych wymiennikach ciepła od producentów odpowiednio 2 i 3.

Testy na uszczelnienie dla uszczelki EPDM przeprowadzane były co 30 dni przez 180 dni w temperaturze 165°C (Zdj. 1). Wykazały one, że w płytowym wymienniku ciepła z uszczelkami od:

  • producenta 1 – nastąpił wyciek już przy ciśnieniu 4 bar po 148 dni pracy
  • producenta 2 – nastąpiło obniżenie siły uszczelniającej po 52 dniach pracy
  • producenta 3 – nie możliwe było jego napełnienie wodą po 180 dni ze względu na rozszczelnienie
  • producenta 4 – nastąpił przeciek po 118 dniach.

Uszczelki EPDM Alfa Laval były poddawane ciśnieniu 20 bar.

Zdj. 1. Testy na uszczelnianie – uszczelki EPDM w temperaturze 165°

Badanie odkształceń

Właściwości odkształcania są bardzo ważnym elementem uszczelki w warunkach, kiedy uszczelka była poddawana działaniu podwyższonych temperatur. Odkształcenie wiąże się z elastycznością i zdolnością uszczelniającą uszczelki. Ogólnie uważa się, że ryzyko wycieku po stronie zimnej jest bardzo wysokie przy odkształceniu o wartości powyżej 80%.

Wyniki porównania

Odkształcenie uszczelki NBR zmierzono po 84 dniach pracy w temperaturze 140°C. Dla wszystkich nieoryginalnych uszczelek wartości odkształcenia były bliskie lub równe 100% zarówno po stronie wody jak i pary.

Badania uszczelek EPDM prowadzono w ciągu 180 dni w temperaturze 165°C. Uszczelki od producentów 1 i 2 osiągnęły wartość odkształcenia powyżej 90% po stronie wody, co wskazuje na znaczne ryzyko wystąpienia wycieku po stronie zimnej wody. Po stronie pary wartości te wyniosły odpowiednio 79% i 82%. W przypadku producentów 3 i 4, wartości odkształcenia po stronie wody wyniosły odpowiednio 82% i 75% oraz 67% i 88% po stronie pary.

Uszczelki Alfa Laval miały wartości odkształcenia na poziomie 37% po stronie wody i 32% po stronie pary. Jest to efekt działań prowadzonych przez Alfa Laval w fazie projektowania i testowania. Przeprowadzane na okres 12 miesięcy testy pod kątem sprężystości, plastyczności oraz funkcjonowania pomagają określić jakość składników gumy, ich przydatność dla określonych rodzajów użytkowania oraz żywotność uszczelki

Proces starzenia

Guma jako materiał organiczny podlega działaniu powietrza, które zmienia jego właściwości. Uszczelki utwardzają się pod wpływem kontaktu z powietrzem lub na skutek hydrolizy w kontakcie z parą. Kruchość uszczelki może zmniejszyć zdolność uszczelniania, spowodować wyciek, stratę produktu bądź doprowadzić do uszkodzenie urządzenia.

Wyniki porównania

W przypadku uszczelek od innych producentów, uszczelki wykazały zaawansowane utlenienie od 2 do 5 mm na górnej części uszczelki, w pobliżu rowka uszczelki. W przypadku uszczelek Alfa Laval, tylko zewnętrzne ich krawędzie podlegają niewielkiemu utlenieniu, zachowując elastyczność i zdolność do uszczelniania prawie bez zmian.

W przypadku uszczelek NBR niemożliwe jest dokonanie oceny, czy starzenie wystąpiło ze względu na hydrolizę utwardzającą uszczelki.

Uszczelki EPDM producentów 1 i 2 osiągnęły wysoki wskaźnik starzenia. Uszczelki od producenta 3 i Alfa Laval starzały się w przybliżeniu w takim samym tempie. Natomiast po 118 dniach testów w uszczelkach producenta 4 wystąpiło utlenianie materiału od 2 do 3 mm w górnej części uszczelki i w pobliżu rowka w dolnej części.

Twardość

Ta cecha jest kluczowa dla funkcji odkształcenia i uszczelniania. Gdy uszczelki wykazują podwyższoną twardość, są one narażone na szybsze zużycie, powstawanie pęknięć czy kruchość. Może to prowadzić do poważnych awarii i strat produktu.

Alfa Laval projektuje uszczelki przy minimalnych tolerancjach w twardości, aby zapewnić prawidłowe siły uszczelniające dla danego zastosowania. To gwarantuje optymalną sprawność uszczelki podczas eksploatacji.

Wyniki porównania

W przypadku materiału NBR, uszczelki wszystkich producentów wykazały stopień twardości bliski lub równy 100 IRHD i odchylenia od 17 do 26 po 78 dniach eksploatacji w temperaturze 140°C w wymienniku para/woda. Uszczelki EPDM od producentów 1 i 4 nie spełniały norm dla twardości po upływie 180 dni, w temperaturze 165°C. Uszczelki producentów 2 i 3 wykazały dopuszczalny stopień twardości.

Rozdzielanie płyt

Uszczelki, które przyklejają się do sąsiednich płyt, utrudniają lub wręcz uniemożliwiają oddzielenie płyt. Może to wynikać z niewłaściwych warunków pracy, zastosowania niewłaściwych środków czyszczących, niewłaściwego składu gumy lub przeprowadzenia innych niedozwolonych przez producenta działań. W takim przypadku korzystanie z narzędzi do rozdzielania płyt może spowodować zniszczenie uszczelki, uszkodzenie płyty i odkształcenie. Efektem może być kosztowna wymiana uszczelki i/lub płyty, nieplanowane przestoje, co przekłada się na straty w produkcji.

Płytowe wymienniki ciepła Alfa Laval są dostosowane do szybkiego otwarcia oraz łatwego przeprowadzenia rutynowego czyszczenia i prac serwisowych. Możliwość oddzielenia płyt jest kluczowa dla utrzymania wydajności wymiennika na wysokim poziomie.

Tylko płyt z uszczelkami NBR od producenta 3 nie można było rozdzielić.

Tab. 3. Oddzielanie płyt z uszczelkami NBR

  Oddzielanie (na zimno) Ocena
AlfaLaval Ręcznie Zatwierdzono
Producent 1 Ciężko przy użyciu narzędzi Nie zatwierdzony
Producent 2 Ciężko przy użyciu narzędzi Nie zatwierdzony
Producent 3 Nie oddzielono Nie zatwierdzony

Tab. 4. Oddzielanie płyt z uszczelkami EPDM

  Oddzielanie (na zimno) Ocena
AlfaLaval Ręcznie Zatwierdzono
Producent 1 Ciężko przy użyciu narzędzi Nie zatwierdzony
Producent 2 Ciężko przy użyciu narzędzi Nie zatwierdzony
Producent 3 Ciężko ręcznie
Łatwo przy użyciu narzędzi
Nie zatwierdzony
Producent 4 Przy użyciu narzędzi Nie zatwierdzony

Oznaczenia

Odpowiednie oznaczenie uszczelki jest niezbędne, aby zapewnić, że właściwa uszczelka o odpowiednich właściwościach materiału i odporności na media jest używana dla danego zastosowania. Użycie niewłaściwych materiałów dla danego zastosowania może prowadzić do uszkodzenie uszczelki i wycieku z urządzenia

Każda uszczelka Alfa Laval jest oznaczona kolorem w celu identyfikacji materiału uszczelniającego i kodem określającym rok i kwartał produkcji. Pozwala to określić jej wiek, niezależnie od tego czy jest używana czy przechowywana.

Wnioski

Części zamienne Alfa Laval produkowane są dokładnie do odpowiednich wymiarów i z odpowiednich materiałów przy zastosowaniu surowych zasad i rygorystycznych procedur kontroli jakości. Części zamienne Alfa Laval to gwarancja utrzymania jakości i efektywności płytowych wymienników ciepła. Korzystanie z części nieoryginalnych, które nie są wykonane zgodnie ze specyfikacją producenta urządzenia nie gwarantuje niezawodnego działania urządzenia i może prowadzić do obniżenia bezpieczeństwa eksploatacji, co wiąże się z ryzykiem dla obsługującej urządzenia załogi i zakładu. Ponadto, korzystania z takich płyt może mieć znaczący – i niespodziewany – wpływ na budżet operacyjny i konserwacyjny.

Alfa Laval Polska Sp. z o.o,
Autoryzowane Centrum Serwisowe
ul. J. Dąbrowskiego 113, 93-208 Łódź
tel. 42 642-66-00, fax: 42 641-71-78

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top