Das Problem des Autoklavenzugangs
Ein hydrometallurgischer Autoklav arbeitet bei 180 Grad und 12 bar Druck und verarbeitet Nickel-Laterit-Erz. Das Schiff ist zylindrisch und hat einen Durchmesser von 3,5 Metern. Ein einzelnes Mannloch mit einem Durchmesser von 500 mm bietet den einzigen Zugang zum Innenraum. Die vorhandene Titan-Heizspirale, die nach 18-monatigem Betrieb in der Hochtemperatur-Schwefelsäurelaugungslösung korrodiert ist, muss ersetzt werden. Ein PTFE-Wärmetauscher ist wegen seiner Korrosionsfestigkeit spezifiziert, aber die Zugangsbeschränkung stellt eine konstruktive Herausforderung dar: Der Wärmetauscher muss durch den 500-mm-Manndurchgang geführt und im Inneren des gekrümmten Behälters montiert werden, wobei er sich an die zylindrische Geometrie anpasst und gleichzeitig die Wärmeübertragungsoberfläche maximiert.
Standardmäßige rechteckige PTFE-Gitterdesigns passen nicht. Es ist ein individueller modularer Ansatz erforderlich, der speziell für die zylindrische Gefäßgeometrie und den begrenzten Zugang entwickelt wurde.
Der modulare Helical-Design-Ansatz
Zylindrische Behälter bevorzugen spiralförmige oder ringförmige Wärmetauscherkonfigurationen, die der Behälterkrümmung folgen. Das für diesen Autoklaven entwickelte Design besteht aus miteinander verbundenen PTFE-Rohrmodulen, die in konzentrischen Spiralringen angeordnet sind. Jedes Modul ist ein vormontiertes Segment aus PTFE-Schläuchen, das zu einem Teilbogen mit einem Winkel von 120–180 Grad geformt ist und so dimensioniert ist, dass es diagonal durch den 500-mm-Mannloch verläuft.
Die Module werden innerhalb des Autoklaven über Klemmringverschraubungen an dafür vorgesehenen Verbindungspunkten verbunden. Die Anschlüsse sind so positioniert, dass sie von der Mannlochöffnung aus zugänglich sind, so dass ein Installateur durch den Mannloch greifen und die Verbindungen mit Standardwerkzeugen herstellen kann.
Die fertige Baugruppe besteht aus zwei konzentrischen Spiralspulen, die an Stützhalterungen aufgehängt sind, die während einer früheren Abschaltung an die Behälterwand geschweißt wurden. Die äußere Spule schmiegt sich etwa 200 mm von der Hülle entfernt an die Gefäßwand. Die innere Spule sitzt 400 mm von der äußeren Spule entfernt. Diese Doppelspulenkonfiguration maximiert die Wärmeübertragungsoberfläche innerhalb des zylindrischen Volumens und sorgt gleichzeitig für den Abstand für den Schlammfluss zwischen den Spulen.
Tabelle 1: Konstruktionsparameter für kundenspezifische zylindrische PTFE-Wärmetauscher (Autoklav mit 3,5 m Durchmesser, 500 mm Mannloch)
| Designparameter | Spezifikation | Technische Begründung |
|---|---|---|
| Modulbogenwinkel | 150 Grad | Maximaler Winkel, der einen diagonalen Durchgang durch einen 500 mm breiten Mannloch ermöglicht |
| Modulbreite | 380mm | Freiraum für Mannlochdurchgang mit Drehung |
| Modulgewicht (trocken) | 8-10 kg | Manuelle Handhabung durch einen einzigen Installateur über den Mannloch |
| Anzahl der Module pro Spiralring | 3 (3 × 150 Grad=450 Grad mit Überlappung) | Überlappung sorgt für kontinuierliche Erwärmung rund um den Umfang |
| Anzahl konzentrischer Ringe | 2 | Äußerer Ring nahe der Gefäßwand; Innenring in der Mitte des-Radius |
| Rohr-Außendurchmesser × Wand | 10 mm × 1,2 mm | Modifiziertes PTFE für Kriechfestigkeit bei 180 Grad |
| Verbindungstyp zwischen-Modulen | Ausgestellter PTFE-Kompressionsanschluss | Von Hand-montiert durch Mannloch |
| Dichtheitsprüfung der Verbindung | Pneumatisch bei 1,5 bar (niedriger Druck, Sicherheit-begrenzt auf engstem Raum) | Wird bei der Montage Modul für Modul durchgeführt |
| Gesamtgewicht zusammengebaut | 55 kg | Unterstützt durch vorhandene Gefäßhalterungen |
| Gesamte Wärmeübertragungsfläche | 8.5 m² | Ausgelegt für eine Heizleistung von 45 kW bei Auslegungsdampfdruck |
Die In-Vessel-Montagesequenz
Die Montage erfolgt nach einem strengen Ablauf, der vor der Schließung entwickelt und einstudiert wurde. Alle Module, Werkzeuge und Prüfgeräte werden am Mannloch bereitgestellt. Das Schiff ist belüftet, auf Gas -geprüft und es besteht eine Erlaubnis zum Betreten enger Räume mit einer Bereitschaftsperson am Mannloch.
Zuerst wird der äußere Spiralring montiert. Drei Lichtbogenmodule werden durch den Mannschacht geführt, auf den Stützkonsolen positioniert und verbunden. Der Ring ist druckgeprüft. Der innere Spiralring folgt der gleichen Reihenfolge, wobei ein zweiter Satz Stützklammern verwendet wird. Die fertigen Rohrschlangen werden an die Dampfversorgungs- und Kondensatrückführungsverteiler angeschlossen, die durch vorhandene Düsen in den Behälter eindringen.
Die gesamte Montage wird innerhalb einer einzigen 10-stündigen Wartungsschicht von einem Zwei-Personen-Team durchgeführt. Es sind keine Heißarbeiten erforderlich. Über die zuvor installierten Stützhalterungen hinaus sind keine Schiffsmodifikationen erforderlich.
Wärmeleistung in zylindrischer Geometrie
Die spiralförmige Konfiguration bietet eine hervorragende thermische Leistung in der Autoklavenumgebung. Die konzentrische Spulenanordnung erzeugt natürliche Zirkulationsmuster in der Aufschlämmung: Erhitzte Flüssigkeit steigt entlang der Spulen auf, zirkuliert zur Behältermitte und kehrt entlang der Behälterwände nach unten zurück. Diese Zirkulation verbessert die Wärmeübertragung und verhindert eine lokale Überhitzung der Aufschlämmung an den Rohroberflächen.
Das Dual--Coil-Design bietet außerdem betriebliche Redundanz. Wenn an einer Spule ein Leck auftritt, kann diese isoliert werden, während die zweite Spule mit reduzierter Leistung weiter heizt. Der Autoklav bleibt bei Teildurchsatz betriebsbereit, bis ein geplantes Wartungsfenster eine Reparatur ermöglicht.
Zusammenfassung
Kundenspezifische PTFE-Wärmetauscher, die für den Zugang zu zylindrischen Autoklaven konzipiert sind, bestehen aus modularen spiralförmigen Bogensegmenten, die durch Standard-Mannlöcher verlaufen und im Inneren des Behälters montiert werden. Die konzentrische Doppelspulenkonfiguration maximiert die Wärmeübertragungsoberfläche innerhalb der gekrümmten Geometrie, sorgt für eine Verbesserung der natürlichen Zirkulation und bietet betriebliche Redundanz.
Der modulare Ansatz ermöglicht die Installation von PTFE in Behältern, in die herkömmliche rechteckige Gitter nicht passen, und erweitert so den Anwendungsbereich der PTFE-Technologie auf Hochdruckautoklaven, bei denen Korrosionsfestigkeit und vorhersehbare Langzeitleistung von entscheidender Bedeutung sind.
Technische Unterstützung für die Konstruktion kundenspezifischer PTFE-Wärmetauscher mit zylindrischen Behältern ist nach Vorlage von Behälterzeichnungen, Mannlochabmessungen, Prozessbedingungen, Heizleistung und verfügbaren Düsenanschlüssen verfügbar.
